Nanostructures for photonic applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Säynätjoki, Antti, Doc., Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland
dc.contributor.author Karvonen, Lasse
dc.date.accessioned 2013-11-27T10:00:46Z
dc.date.available 2013-11-27T10:00:46Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5477-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5476-6 (printed)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/11613
dc.description.abstract This thesis focuses on the fabrication and optical properties of the different nanostructures, namely silver nanoparticles, nanolaminates, and silicon nanostrip and slot waveguides. In the first part, two different silver nanoparticle fabrication techniques into glass are introduced and their surface-enhanced Raman scattering (SERS) properties are studied. A silver ion exchange with a heat treatment is a very simple way to produce SERS substrates. The benefit of the two-step ion exchange is the possibility to fabricate silver nanoparticles only at specific areas with desired shapes and sizes. In the second part, ZnO/Al2O3 and TiO2/Al2O3 nanolaminates are fabricated by atomic layer deposition (ALD). About 1 nm thick amorphous Al2O3 layer between the crystalline material (in this study, ZnO and TiO2) is used to limit the size of the crystals in the nanolaminate. In the ZnO/Al2O3 nanolaminates, the third order optical nonlinearity is enhanced using thin ZnO intermediate layers. In the TiO2/Al2O3 nanolaminates, the slab waveguide propagation loss as low as 2 dB/cm is achieved using very thin TiO2 intermediate layers. In the third part, silicon slot and strip waveguides combined with ALD materials are studied. ALD is used to fully fill the silicon slot waveguides and Al2O3 filled slot waveguides are shown to be suitable for applications where low nonlinearity and low-loss waveguides are needed. The multiple slot waveguide for both TE- and TM-polarizations is demonstrated by growing a 50 nm thick ALD Al2O3 layer upon the silicon slot waveguide and then covering the structure with a 130 nm thick ALD TiO2. Broad-bandwidth polarization independent operation of a silicon nanostrip waveguide ring resonator is achieved using a 150 nm thick ALD TiO2 cover layer. en
dc.description.abstract Tämä väitöskirja keskittyy erilaisten nanorakenteiden (hopeananopartikkeleiden, nanolaminaattien, ja piistä valmistettujen nanovalokanavien) valmistukseen ja niiden optisiin ominaisuuksiin. Väitöskirja voidaan jakaa kolmeen eri kokonaisuuteen aiheiden pohjalta. Ensimmäisessä osiossa esitellään kaksi erilaista menetelmää hopeananopartikkeleiden valmistamiseksi lasiin sekä tutkitaan valmistettujen nanopartikkeleiden pintatehostettuja Raman-sironta (SERS) ominaisuuksia. Hopeaioninvaihto yhdessä lämpökäsittelyn kanssa on hyvin yksinkertainen menetelmä valmistaa pintatehostettuun Raman-sirontaan soveltuvia alustoja. Kaksiosaisen ioninvaihtomenetelmän etuna on mahdollisuus valmistaa tietyn muotoisia ja kokoisia nanopartikkelialueita haluttuihin kohtiin lasissa. Toisessa osiossa valmistetaan ZnO/Al2O3 ja TiO2/Al2O3 -nanolaminaatteja atomikerroskasvatusmenetelmällä (ALD). Noin 1 nm paksuista Al2O3-kerrosta kiteisten materiaalien välissä (tässä tutkimuksessa, ZnO ja TiO2) käytetään rajoittamaan kiteisten materiaalien kidekokoa nanolaminaateissa. ZnO/Al2O3-nanolaminaattien kolmannen kertaluvun optisia epälineaarisuuksia vahvistettiin käyttämällä hyvin ohuita ZnO-kerroksia. TiO2/Al2O3-nanolaminaateissa päästiin jopa 2 dB/cm aaltojohdehäviöihin käyttämällä hyvin ohuita TiO2-välikerroksia. Kolmannessa osiossa tutkitaan atomikerroskasvatusmenetelmällä valmistettujen materiaalien yhdistämistä piivalokanaviin. ALD:tä käytetään täyttämään täysin piirakovalokanava ja alumiinioksidilla täytetyn piirakovalokanavan osoitetaan sopivan matalaa epälineaarisuutta ja pieniä valokanavahäviöitä vaativiin sovelluksiin. Monirakovalokanava, joka toimii sekä TE- ja TM-polarisaatioille demonstroidaan kasvattamalla ensin 50 nm paksu Al2O3-kerros piirakovalokanavan päälle ja sitten peittämällä tämä rakenne 130 nm paksulla TiO2-kalvolla. Laajalla aallonpituusalueella polarisaatioriippumaton piinanovalokanavaan perustuva rengasresonaattori saavutettiin kasvattamalla 150 nm paksu TiO2-kerros rengasresonaattorirakenteen pinnalle. fi
dc.format.extent 83 + app. 63
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 206/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: L. Karvonen, Y. Chen, A. Säynätjoki, A. Tervonen and S. Honkanen. SERS-active silver nanoparticle aggregates produced in high-iron float glass by ion exchange process. Opt. Mater., 34, 1, 1–5, 2011.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Y. Chen, L. Karvonen, A. Säynätjoki, C.G. Ye, A. Tervonen and S. Honkanen. Ag nanoparticles embedded in glass by two-step ion exchange and their SERS application. Opt. Mater. Express, 1, 2, 164–172, 2011.
dc.relation.haspart [Publication 3]: L. Karvonen, A. Säynätjoki, J. Rönn, Y. Chen, H. Jussila, M. Ruoho, T. Alasaarela, S. Kujala, R. A. Norwood, N. Peyghambarian, K. Kieu and S. Honkanen. Enhancement of the third-order optical nonlinearity in ZnO/Al2O3 nanolaminates fabricated by atomic layer deposition. Appl. Phys. Letters, 103, 3, 031903, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 4]: T. Alasaarela, L. Karvonen, H. Jussila, A. Säynätjoki, S. Mehravar, R. A. Norwood, N. Peyghambarian, K. Kieu, I. Tittonen and H. Lipsanen. High quality crystallinity controlled ALD TiO2 for waveguiding applications. Opt. Letters, 38, 20, 3980–3983, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 5]: A. Säynätjoki, L. Karvonen, M. Hiltunen, X. Tu, T. Y. Liow, A. Tervonen, G. Q. Lo and S. Honkanen. Low-loss silicon slot waveguides and couplers fabricated with optical lithography and atomic layer deposition. Opt. Express, 19, 17, 26275–26282, 2011.
dc.relation.haspart [Publication 6]: L. Karvonen, A. Säynätjoki, Y. Chen, X. Tu, T. Y. Liow, J. Hiltunen, M. Hiltunen, G. Q. Lo and S. Honkanen. Low-Loss Multiple-Slot Waveguides Fabricated by Optical Lithography and Atomic Layer Deposition. IEEE Photonics Technology Letters, 24, 22, 2074–2076, 2012.
dc.relation.haspart [Publication 7]: M. Erdmanis, L. Karvonen, A. Säynätjoki, X. Tu, T. Y. Liow, G. Q. Lo, O. Vänskä, S. Honkanen and I. Tittonen. Towards Broad-Bandwidth Polarization-Independent Nanostrip Waveguide Ring Resonators. Opt. Express, 21, 8, 9974–9981, 2013.
dc.subject.other Physics en
dc.title Nanostructures for photonic applications en
dc.title Nanorakenteita fotoniikan sovelluksiin fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Mikro- ja nanotekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Micro and Nanosciences en
dc.subject.keyword silver nanoparticle en
dc.subject.keyword ion exchange en
dc.subject.keyword atomic layer deposition en
dc.subject.keyword nanolaminate en
dc.subject.keyword silicon nanowaveguide en
dc.subject.keyword hopeananopartikkeli fi
dc.subject.keyword ioninvaihto fi
dc.subject.keyword atomikerroskasvatus fi
dc.subject.keyword nanolaminaatti fi
dc.subject.keyword piinanovalokanava fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5477-3
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Lipsanen, Harri, Prof., Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland
dc.contributor.supervisor Honkanen, Seppo, Prof., Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland
dc.opn Niemi, Tapio, Prof., Tampere University of Technology, Optoelectronics Research Centre, Finland
dc.contributor.lab Nanotechnology group en
dc.rev Toivonen, Juha, Dr., Tampere University of Technology, Department of Physics, Finland
dc.rev Pelli, Stefano, Dr., Institute of Applied Physics, Iran
dc.date.defence 2013-12-13


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account