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I QUADERNI DI TELÈMA
a) Esempio di guida d’onda (3), b) Esempio di filtro ottico (1), c) Esempio di Laser (4). (1) Lpn-Cnrs, Laboratory of
Photonics and Nanostructures. (3) E. Chow et al., Opt. Lett. 26, 286 (2001). (4) Yokohama National University/Baba
Research Lab.
seconda di come vengano costruiti. Un cristallo
fotonico monodimensionale si ottiene
semplicemente alternando strati di materiale
ad alto indice di rifrazione con altri aventi
basso indice di rifrazione in modo tale da indurre,
nel mezzo, una struttura periodica.
Tale struttura, nella configurazione bidimensionale,
si ottiene attraverso la creazione, in
un generico substrato, di “forellini” di spessore
e profondità ben determinati. In questo
caso il rapporto tra la dimensione dei forellini
e la distanza tra i loro centri, unito ad un
alto indice di rifrazione del mezzo ospite,
fornisce un ulteriore strumento di manipolazione
della luce. Se le prime due configurazioni
sono ottenibili, oggi, con metodi ormai
collaudati e affidabili, stesso discorso non si
può fare per il caso dei cristalli 3D. La necessità,
infatti, di possedere una struttura isotropa
in tutte le direzioni di propagazione
rappresenta la maggiore difficoltà a livello
di costruzione. Un approccio in questo senso
è quello del così detto impilamento
(stacking) dove il cristallo, in modo preciso
e accurato, viene costruito strato per strato.
Prendendo però spunto ancora una volta
dalla natura, un differente approccio è rappresentato
dall’utilizzo di opali artificiali. Un
opale consiste di piccole sfere arrangiate in
una struttura cubica a facce centrate; questa
struttura genera una modulazione periodica
dell’indice di rifrazione e quindi un cristallo
fotonico.
Così come nei semiconduttori elettronici è
possibile inserire dei livelli nella banda proibita
tramite “drogaggio”, ovvero immissione
di atomi nel reticolo cristallino, allo stesso
modo è possibile ottenere analogo effetto
nei cristalli fotonici semplicemente introducendo
dei “difetti” nella struttura. Un semplice
difetto può essere indotto modificando,
ad esempio, la dimensione di alcuni “buchi”,
nel caso 2D.
Un primo utilizzo dei cristalli fotonici è
quello delle guide d’onda ottiche. Queste guide
possono essere costituite, ad esempio, da
una singola linea di cilindri mancanti all’interno
della quale la radiazione luminosa si propaga
indisturbata.
Importante impulso si è avuto nel campo
delle sorgenti dove, grazie, ad esempio, all’utilizzo
dei cristalli fotonici come elementi
attivi dei LED si è scoperto come sia possibile
eliminare l’emissione spontanea che si
genera al loro interno, per mezzo della
band gap fotonica; incanalando tutta l’energia
nella radiazione in uscita è possibile aumentare
enormemente l’efficienza. I Laser a
cristallo fotonico hanno, in questi anni, riscosso
molte attenzioni per la flessibilità dimostrata
a livello di design e ingegnerizzazione
essendo in grado di garantire la possibilità
di creare sorgenti che emettono orizzontalmente
o verticalmente e che possono
essere facilmente incorporate all’interno
di configurazioni tunabili a schiera (gli
arrays).
Giorgio Maria Tosi Beleffi
Fondazione Ugo Bordoni
Iquadernidi