Högindexmaterial

Högindexmaterial är optiska material vars refraktivitetsindex är betydligt högre än vanliga material som glas eller luft. Begreppet används särskilt i sammanhang där ljuset ska begränsas eller styras i små geometriska dimensioner, eftersom ett högre index ger starkare ljuskonfinement. Indexet är dispersivt och beror på våglängden samt materialets bandgap, vilket innebär att transparens och förluster varierar över våglängdsområdet.

Vanliga högindexmaterial inkluderar keramiska oxider och halvledarmaterial där index vanligtvis ligger mellan cirka 2 och 4 i synligt eller nära infrarött. Exempel är TiO2, Ta2O5 och HfO2 samt GaP, GaAs och InP. ZnO förekommer också som högindexmaterial i vissa applikationer. Materialvalet styrs av önskad våglängdsregion, minimal absorption och bearbetningsbarhet. I praktiken används ofta högindex i kombination med lågindexmaterial för att uppnå hög kontrastriktning.

Användningsområdena är breda: högindexkontrastvågledare där kärnans höga index ger stark ljushållning och möjliggör nanoskaliga våglängdsstrukturer; optiska resonatorer som mikroringar och mikrosfärer; nanostrukturer och metasurfaces som ger kontroll över ljusets fas, riktning och polarization; och olika fotonikchips där kompakthet och prestanda är centrala mål.

Tillverkning och utmaningar inkluderar behovet av högkvalitativa filmer eller kristaller och precisa depositionstekniker (till exempel CVD, ALD eller sputtering) samt nanofabrikation. Utmaningar är bland annat förluster vid vissa våglängder på grund av absorption, termisk och mekanisk kompatibilitet samt kostnader och processkomplexitet.