Depp-Luftkanäle können in Materialien wie SiO2 durch einen einzigen fs-Laserpuls erzeugt werden, der auf verschiedene Ionisationseffekte abgestimmt wurde. Laterale Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze und hohe Seitenverhältnisse bis zu 25 können erreicht werden (Abb. 1). Das Verfahren wurde mit Hilfe von FIB-Querschnitten und photonischen Kristallstrukturen untersucht, die erzeugt wurden, um die Fähigkeiten der Methode zu zeigen.

Für die meisten nano-optischen Effekte ist die Kombination von dielektrischen und metallischen Materialien vorteilhaft. Bislang werden für die Metallteile meist Gold und Silber verwendet. Obwohl ihre hohe Leitfähigkeit sie für viele Anwendungen sehr nützlich macht, gibt es auch Einschränkungen durch hohe Verluste und Einschränkungen hinsichtlich der Schichtqualität und der Verarbeitungsmöglichkeiten. Zusätzlich werden für einige Anwendungen Werte der dielektrischen Funktion nahe Null (z.B. ε_r zwischen -1 und +1) gefordert. Derzeit werden Schichten aus hochdotierten Materialien (GaN, nanokristalliner Diamant, ITO) und Übergangsmetallnitriden, Perowskiten sowie weiteren Materialien charakterisiert. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Modifikation der dielektrischen Funktion, um sie für bestimmte Anwendungen maßzuschneidern. Lokale Modifikationen werden mit Hilfe des Excimer-Laser-Glühens untersucht.

Es wurden resonante Dünnfilmstrukturen mit gechirpten Schichtfolgen untersucht. Der Hohlraum eines konventionellen Fabry-Pérot Filters wird durch eine gechirpte Struktur ersetzt, bei der die variierende Schichtdicke die Hohlraumschicht darstellt. Die zugehörige Verteilung der elektrischen Feldmode folgt der Verteilung der Schichtdickenvariation. Es konnte gezeigt werden, dass eine gleichmäßigere Verteilung mit dem gleichen Q-Faktor wie bei einem Fabry-Pérot Filter erzielt werden kann. Durch die Strukturierung eines Hohlzylinders (ringförmig) in die gechirpten Schichten und die Infiltration eines Emittermaterials im inneren Kern kann eine neuartige resonante Lichtquelle hergestellt werden. Als Emitter wurden kolloidale Quantenpunkte (colloidal quantum dots, cQD) gewählt und ein Verfahren zur Infiltration entwickelt. Die konventionellen Verfahren aus Lösung funktionieren sehr gut für dünne Filme, aber für die Hohlzylinderstruktur musste eine Mischung aus Polymer und cQD verwendet werden. Die optischen Eigenschaften der neuen Materialmischung wurden untersucht und eine erfolgreiche Infiltration demonstriert (Abb. 2).

Erst kürzlich wurde dieses neue Thema über Oberflächenwellen an Grenzflächen zwischen dielektrischen Schichten und Luft begonnen. Ein Lichtmodus ist an der Oberfläche eines periodischen Stapels dielektrischer Schichten (DBR-Spiegel) lokalisiert, wenn der k-Vektor des Modus mit dem Zustand der totalen internen Reflexion zusammenhängt und die Frequenz im Bereich der Stoppbandbreite des DBR liegt. Die Lokalisierung ist ähnlich wie bei einem Oberflächenplasmonen-Polariton, jedoch ohne die Einschränkungen einer Metallschicht (Verluste, nur TM-Polarisation). Unser Ziel ist es, eine sehr dünne Schicht an der Oberfläche hinzuzufügen, die für die Licht-Materie-Wechselwirkung genutzt wird. Dies kann ein Emittermaterial sein, das an die Oberflächenmode koppelt und zu einem Resonanzeffekt führt. Besteht die Schicht aus verschiedenen Molekülen, so führt eine starke Kopplung von Hohlraummode und Absorption des Hauptmolekülanteils zu einem Polaritonszustand, der wiederum vom zweiten Molekültyp (niedriger Anteil) geerntet werden könnte, um eine neue Art der Oberflächenchemie zu ermöglichen.