Für die Detektion von Gasen, Flüssigkeiten und biologischen Wirkstoffen werden vermehrt chip-integrierte photonische Bauelemente benötigt. Effiziente optische Sensorelemente mit miniaturisierten und integrierten Bauteilen versprechen die dafür notwendige hohe Licht-Materie-Wechselwirkung. Vor diesem Hintergrund entwickelt ein Team aus Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien, der Ludwig-Maximilians-Universität München, des Imperial College London und des Otto-Schott-Instituts für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena mikrostrukturierte Lichtkäfige für die Lichtleitung. Die Lichtkäfige selbst sind 3D-gedruckte photonische Lichtwellenleiter. Sie schränken das Licht mittels mikroskopisch kleinen Mikrosträngen ein und ermöglichen durch den photonischen Bandlückeneffekt eine Lichtleitung über mehrere Millimeter. Der seitlich offene Aufbau des Lichtkäfig-Konzepts gewährleistet eine starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, wie beispielsweise zwischen Licht und Flüssigkeiten oder Gasmolekülen.
3D-Mikrofabrikation von photonischen Lichtwellenleitern
Die 3D-Mikrofabrikationstechnologie von Nanoscribe macht es möglich, komplexe Mikrostrukturen direkt auf einen Siliziumchip zu drucken. Die Wissenschaftler stellen auf diese Weise mikroskopische Lichtkäfige her, bei welchen bisherige Herstellungsmethoden und -techniken an ihre Grenzen stoßen. Die komplexe Architektur besteht aus zwei Ringen mit Stäben, die hexagonal um einen hohlen Kern angeordnet sind, in dem das Licht geleitet wird. Die Stäbe haben einen Durchmesser von 3,6 µm und eine Länge von 5 Millimetern. Der Abstand zwischen den Stäben beträgt 7 µm, wodurch ein hohes Aspekt-Verhältnis (> 1.000) erreicht wird. Das Forscherteam konnte Wellenleiter von bis zu 3 Zentimeter Länge herstellen, womit Aspekt-Verhältnisse von mehr als 8.000 erreicht werden.
