Herstellung von Photonischen Kristallen am Nano-3D-Druckgerät

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Mikro und Nano 3D-Druck

2.1 Elektronenstrahl Lithografie

2.2 Optische Laser Lithografie

2.2.1 Zwei-Photonen-Polymerisation

2.2.2 Fotoresists

2.2.3 Direct Laser Writing

2.2.4 Auflösungsvermögen

3 Photonische Kristalle und ihre Eigenschaften

3.1 Mathematische Grundlagen

3.1.1 Maxwellgleichungen

3.1.2 Skalierbarkeit der Maxwellgleichungen

3.1.3 Periodizität und Bandstrukturen

3.2 Eindimensionale Photonische Kristalle

3.3 Zweidimensionale Kristalle

3.4 Dreidimensionale Kristalle

3.4.1 Yablonovite Struktur

3.4.2 Woodpile Struktur

4 Experiment

4.1 Laboraufbau und genereller Druckablauf

4.1.1 3D Lithografiesystem

4.1.2 IP-Dip

4.1.3 Software

4.2 Herstellung der Kristalle und Ergebnisse

4.2.1 Erste Modelle

4.2.2 Zweidimensionale Strukturen

4.2.3 Woodpile Konstruktionen

4.2.4 Ergebnisse und Disskussion

5 Fazit

A Berechnungen, Messungen und weiterführende Informationen

A.1 Bandlückenberechnung

A.2 Messungen

A.3 Weitere Informationen

A.3.1 GWL Programmierung

A.3.2 Weitere Beobachtungen

Zielsetzung und Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die experimentelle Herstellung von dreidimensionalen photonischen Kristallen unter Verwendung von Zwei-Photonen-Polymerisation an einem Nano 3D-Druckgerät. Das primäre Ziel besteht darin, die physikalischen Grenzen des Druckverfahrens zu evaluieren, um komplexe Strukturen mit vollständigen photonischen Bandlücken zu realisieren, die zur Manipulation von Licht im sichtbaren Spektrum geeignet sind.

• Grundlagen der Mikro- und Nano-3D-Drucktechnologien (insb. 2PP).
• Physikalische Eigenschaften und mathematische Beschreibung photonischer Kristalle.
• Aufbau und Konfiguration des Nano 3D-Lithografiesystems (Photonic Professional GT).
• Analyse und Diskussion der gedruckten Kristallstrukturen und auftretender Herausforderungen bei der Skalierung.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Dieses Kapitel motiviert das Thema Photonik und führt in die Bedeutung photonischer Kristalle sowie das Ziel der Arbeit ein.

2 Mikro und Nano 3D-Druck: Hier werden verschiedene Lithografieverfahren vorgestellt, mit Fokus auf das Zwei-Photonen-Polymerisationsverfahren (2PP).

3 Photonische Kristalle und ihre Eigenschaften: Dieses Kapitel erläutert die mathematischen Grundlagen und die Klassifizierung von photonischen Kristallen nach ihrer Dimensionalität.

4 Experiment: Dieser Teil beschreibt den Versuchsaufbau, die Software zur Ansteuerung des 3D-Druckers sowie die erzielten Druckergebnisse und deren Diskussion.

5 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die Erreichbarkeit vollständiger Bandlücken mit dem verwendeten System.

Schlüsselwörter

Photonische Kristalle, Zwei-Photonen-Polymerisation, 2PP, Nano 3D-Druck, Lichtmanipulation, Bandlücke, Woodpile Struktur, Lithografie, Fotopolymerisation, Voxel, Optik, Nanostrukturierung, Mikrofabrikation, Photonik, additive Fertigung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Herstellung und Untersuchung von photonischen Kristallen mittels 3D-Nano-Druck.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Die Schwerpunkte liegen auf den physikalischen Grundlagen der Photonik, den technischen Prozessen des 3D-Drucks im Submikrometerbereich und der Analyse der optischen Eigenschaften gedruckter Kristalle.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Ziel ist die Evaluierung der Möglichkeiten und Grenzen der Zwei-Photonen-Polymerisation zur Erzeugung von Strukturen, die eine vollständige photonische Bandlücke aufweisen.

Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?

Es wird eine experimentelle Methode verfolgt, die CAD-Konstruktionen, die Ansteuerung eines spezifischen 3D-Nano-Druckers (DiLL-Verfahren) und die mikroskopische Analyse der Ergebnisse umfasst.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Einführung in lithografische Druckverfahren, die physikalische Theorie photonischer Kristalle sowie die detaillierte Dokumentation des experimentellen Druckvorgangs inklusive der Fehleranalyse.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren diese Arbeit?

Wichtige Begriffe sind insbesondere Zwei-Photonen-Polymerisation, photonische Bandlücken, Woodpile-Geometrie und Nanostrukturierung.

Warum konnte in der Arbeit keine vollständige Bandlücke nachgewiesen werden?

Dies ist primär auf den zu niedrigen Brechungsindexkontrast des verwendeten Photolacks (IP-Dip) in der gewählten Geometrie zurückzuführen.

Welche Rolle spielt das Phänomen der Interferenzen bei den gedruckten Proben?

Interferenzeffekte sind für die bei der mikroskopischen Betrachtung sichtbare farbliche Erscheinung der Proben verantwortlich, wobei diese jedoch von der Neigung der Probe abhängt.