Luminescent photonic crystals

Abstract

Angular distribution of photoluminescence of trivalent rare earth ions included inside three-dimensional opal and inverse opal photonic crystals is experimentally shown to be strongly modulated for the emission frequencies near the first and higher photonic stopbands. Numerical simulations of fractional density of optical states also predict highly directional emission from photonic crystals with perfect structure. Experimental results are shown to be in a good agreement with calculated angular dependences. However, better agreement between experimental and theoretical data requires smoothing of calculated dependences, which can be attributed to the presence of structural imperfections in real photonic crystal samples.

Експериментально посвідчено, що кутовий розподіл люмінесценцн тривалентних рідкісноземельних іонів, введених у фотонні кристали тривимірних опалів та інвертних опалів, є сильно модульованим для частот випромінювання, близьких до першої та вищих фотонних стоп-зон . Числове моделювання фракційної густини оптични х станів також завбачає високонапрямне випромінювання з фотонних кристалів досконалої структури . Показано, що експериментальні результати добре узгоджуються з розрахунковими кутовими залежностями люмінесценції. Однак для кращого узгодження експериментальних даних з теоретичними необхідним є згладжування розрахованих залежностей, що можна пояснити присутністю структурних недосконалостей у реальних зразках фотонних кристалів.

Экспериментально показано, что угловое распределение люминесценции трехвалентных редкоземельных ионов, введенных в фотонные кристаллы трехмерных опалов и инвертных опалов, сильно модулировано для частот излучения, близких к первой и высших фотонных стоп-зон. Численное моделирование фракционной плотности оптических состояний также предсказывает высоконаправленное излучение из фотонных кристаллов совершенной структуры. Показано, что экспериментальные результаты хорошо согласуются с расчетными угловыми зависимостями люминесценции. Однако для лучшего согласования экспериментальных данных с теоретическими необходимо сглаживание расчетных зависимостей, что можно объяснить наличием структурных несовершенств в реальных образцах фотонных кристаллов.