Integrierte photonische Schaltkreise stellen eine Schlüsseltechnologie dar, um bei der Entwicklung komplexer optischer Systeme von Größen- und Kostenvorteilen zu profitieren. Das ist allen voran dank der Miniaturisierung photonischer Komponenten möglich. Die Applikationen der integrierten Photonik reichen dabei von der Daten- und Telekommunikation bis hin zum autonomen Fahren mithilfe von LIDAR-Sensoren und mobilen Diagnosegeräten im medizinischen Bereich. Integrierte photonische Schaltkreise bauen auf zentralen Schnittstellen auf, um beispielsweise Licht leitende Fasern direkt mit photonischen Chips zu verbinden und so deren Integration und Funktionalität zu erhöhen. Die Herstellung solcher Schnittstellen ist technisch höchst anspruchsvoll und bringt Schwierigkeiten in Bezug auf die Ausrichtung, Effizienz und Bandbreite mit sich. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, stellen die Wissenschaftler ein neues Konzept der breitbandigen Faser-Chip-Kopplung vor. Zentral für dessen Umsetzung sind 3D-Nanostrukturen, die mit 3D-Druckern von Nanoscribe gefertigt wurden.
3D-gedruckte Kopplungen verbinden Chips mit Fasern
Ein multidisziplinäres Team des Physikalischen Instituts der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und des CeNTech-Center for Nanotechnology entwickeln gemeinsam mit dem Max-Born-Institut und der Humboldt-Universität zu Berlin ein Konzept für 3D-Koppler, die Chips mit Fasern verbinden. Die 3D-Koppler basieren auf der Funktionsweise der Totalreflexion und werden direkt auf integrierte photonische Schaltkreise gedruckt. Diese neue Methode ist speziell für verlustarme und breitbandige Faser-Chip-Kopplungen im sichtbaren Wellenlängenbereich konzipiert. Das Design kombiniert einen Mode-Converter, eine Totalreflexionsebene und eine sphärische Linse, die den Strahl auf die Faserfacette fokussiert. Die Untersuchung demonstriert ein skalierbares Kopplungskonzept, das mithilfe der 3D-Mikrofabrikation realisiert wurde.
3D-Mikrofabrikation ermöglicht Photonic Packaging
Konventionelle Methoden zum Zusammenfügen diverser photonischer und optischer Komponenten auf einen Mikrochip erfordern mehrere unterschiedliche Arbeitsschritte. In der 3D-Mikrofabrikation können im Handumdrehen hochpräzise Mikroobjekte und sogar Freiform-Mikroteile auf integrierte photonische Schaltkreise gedruckt werden. Der Druckprozess erfordert keine weiteren Prozesse wie Montage, Ausrichtung, Bestückung oder Fixierung. Das bringt erstens Kostenvorteile mit sich, weil die Anschaffung und der Unterhalt weiterer Maschinen und Anlagen entfällt und führt zweitens auch zu einer Zeitersparnis in Bezug auf die Aufbau- und Verbindungstechnologie photonischer Komponenten.
Nanoscribe als Partner in Projekten zur integrierten Photonik
Nanoscribe engagiert sich mit seinem über die Jahre gewonnenen Know-how im Bereich der 3D-Mikrofabrikation in ausgewählten Forschungsprojekten zur Entwicklung neuer Technologien, die auf der integrierten Photonik basieren. So arbeitet Nanoscribe beispielsweise im Forschungsprojekt MiLiQuant gemeinsam mit Partnern aus der Wissenschaft und Industrie an der Entwicklung von miniaturisierten, frequenz- und leistungsstabilen Diodenlasern. Ziel des Projekts ist es, geeignete Strahlungsquellen für industrielle Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, Sensoren für autonomes Fahren und quantenbasierte bildgebende Verfahren zu entwickeln. Darüber hinaus beteiligt sich Nanoscribe seit diesem Jahr auch am EU-geförderten Forschungsprojekt HandheldOCT. Bei dieser Kooperation arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure von Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen zusammen an der Entwicklung eines tragbaren Diagnosegeräts für Augenuntersuchungen am Patientenbett. Auf diese Weise wird die optische Kohärenztomographie (OCT) von der stationären klinischen Anwendung auf einen breiteren, mobilen Einsatz in der Augenheilkunde ausgeweitet.
Lesen Sie hier die vollständigen Publikationen auf Englisch:
Waveguide‐Integrated Broadband Spectrometer Based on Tailored Disorder
Broadband out-of-plane coupling at visible wavelengths
Low-loss fiber-to-chip couplers with ultrawide optical bandwidth
