Nanoantennen-verstärkte optische Nichtlinearität in Lithiumniobat-Nanopartikeln für die kohärente Anregung von Nanoantennen-Arrays

In diesem Projekt sollen erstmals optische Nanoantennen mit nichtlinear-optischen Nanopartikeln kombiniert werden, um maßgeschneiderte nichtlinear-optische Elemente auf der Nanometer-Skala herzustellen. Dabei werden mittels Elektronenstrahllithographie optische Nanoantennen aus nanostrukturierten Metallen auf Substrate aufgebracht, zum Beispiel jeweils in Form eines kleinen Dreiecks oder zweier Rechtecke. Diese Antennen können dann das Licht eines Lasers in einen kleinen Nanopunkt fokussieren. In diesen Nanofokus bringt man mittels Mehrlagen-Nanolithographie anschließend nichtlinear-optische Materialien ein, wie zum Beispiel kristalline Lithiumniobat-Nanopartikel. Die hoch konzentrierte Lichtintensität wird dann nichtlinear-optische Effekte in den Nanopartikeln hervorrufen (s. Abbildung). Die Expertise aus Stuttgart zur Herstellung der Nanoantennen wird mit der Freiburger Expertise zu nichtlinear-optischen Materialien verknüpft. Durch diesen Ansatz sollen sich unter anderem kohärent ansteuerbare Emitter für optische Nanoantennenfelder realisieren lassen, die zu optischen „phased arrays“ führen.

Erhöhung der Konversions-effizienz in Lithiumniobat-Nanokristallen durch eine resonante plasmonische Nanoantenne: eine lokale kohärent ansteuerbare Lichtquelle der zweiten Harmonischen.