DFG Forschergruppe
Seit Mitte 2006 besteht die DFG-Forschergruppe
„Aktive und abstimmbare mikrophotonische Systeme auf der Basis von Silicon-on-Insulator (SOI)“.
Sie wurde von einem Institut der TU Berlin und drei Instituten der TU Hamburg-Harburg gemeinsam beantragt, die sich nun in enger Kooperation darin beteiligen.
Zu der Forschergruppe gehören:
- das Institut für "Optische und Elektronische Materialien" (TUHH),
- das Institut für „Optische Kommunikationsforschung“ (TUHH),
- das Institut für „Mikrosystemtechnik“ (TUHH) und
- das Institut für „Hochfrequenztechnik – Photonics“ (TU Berlin) an.
Das Institut für "Optische und Elektronische Materialen" behandelt innerhalb dieser Forschergruppe die Teilvorhaben für
- Elektrooptische Funktionalisierung und Modulation von mikrophotonischen Silicon-on-Insulator Strukturen (E1) und für
- Hoch und niedrig dispersive periodische und aperiodische mikrophotonische Strukturen in Silicon-on-Insulator (E2).
Ziel der Forschergruppe:
Die volle Kompatibilität der Silicon-On-Insulator-Photonik mit den Prozessen der Mikroelektronik eröffnet die Perspektive, mittelfristig eine hochkompakte Integration elektronischer und photonischer Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat erreichen zu können. Der hohe Indexkontrast von SOI-Wellenleitern verspricht kleinste Krümmungsradien und kompakteste Komponenten mit niedrigen Wellenleiterdämpfungen bis hinab zu weniger als 0,1 dB/cm.
Wesentliche Materialeigenschaften sind der breite Transparenzbereich vom nahen bis weit zum mittleren Infrarot und die sehr gute Eignung für photonische Kristallstrukturen. Jüngst erzielte faszinierende Fortschritte sprechen dafür, dass sich die SOI-Technologie in Zukunft als Plattform für die Integrierte Optik etablieren wird.
Im Rahmen der Forschergruppe sollen u.a. effiziente optische Verstärker und Laser auf der Basis stimulierter Ramanstreuung realisiert, Abstimmungs- und Modulationsmöglichkeiten mit mikromechanischen Mitteln wie auch solche auf der Basis organischer und anorganischer elektrooptischer Cladding-Materialien untersucht, realisiert, verglichen, wichtige Basiskomponenten wie Bragg-Gitter, Umlenkspiegel und langperiodische Gitter entwickelt und grundlegende Anwendungen wie programmierbare Resonatoren, abstimmbare Dispersionskompensatoren und Pulsformer demonstriert werden.
Projekt „Elektrooptische Funktionalisierung und Modulation von mikrophotonischen Silicon-on-Insulator Strukturen“ (E1)
Ziel des Projektes ist die Erweiterung von bestehenden und zukünftigen auf SOI basierenden wellenleitenden mikrophotonischen Komponenten um die Funktion der breitbandigen elektrooptischen Abstimmung und optischen Detektion. Hierbei sollen neuartige organische EO-Materialien mit extrem hohen elektrooptischen Suszeptibilitäten von einigen hundert pm/V zum Einsatz kommen, diese Werte liegen damit um eine ganze Größenordnung oberhalb des von LiNbO (31pm/V) und zwei Größenordnungen oberhalb anderer oxidischer abscheidbarer anorganischer EO-Materialien.
Es ist zu erwarten, dass diese auch bis hin zu hohen Schaltfrequenzen im GHz-Bereich modulierbaren ultrakompakten Komponenten eine Schlüsselrolle u.a. als mikrophotonische Schalter bei der Überwindung des Interconnect Bottleneck in zukünftigen Computergenera-tionen, als abstimmbare Add/Drop-Filter und als verzögernde und dispersionskompen-sierende Komponenten im Wellenlängen-Multiplex einnehmen werden.
Ultra kleine und ultra schnelle Komponenten, wie photonische Schalter, abstimmbare add/drop-Filter oder Verzögerungs- und Dispersionskompensatoren in Wellenlängenmultiplex Systemen können in Frequenzbereichen von GHz bis THz moduliert werden und können so den Flaschenhals künftiger Computergenerationen überwinden.
Das Teilvorhaben E1 wird bearbeitet von Dipl._Ing. Jan Hampe
(siehe auch: Hybride Silizium-Polymer-Nanophotonik)
Projekt „Hoch und niedrig dispersive periodische und aperiodische mikrophotonische Strukturen in Silicon-on-Insulator“ (E2)
Ziel des Projektes ist die Realisierung und Untersuchung von mikrophotonischen SOI-basierten Photonischen-Kristall-Wellenleitern mit einstellbarer und abstimmbarer Zeitverzögerung von 0 bis 1ns als Grundbaustein für verzerrungsfreie optische Vezögerungsleitungen und Verstärker sowie die Realisierung einer Dispersion von 2000ps/nm bis 2000 ps/nm zur Kompensation chromatischer Faserdispersion. Solche kompakten Komponenten sind neuartig und von großer Bedeutung für hochbitratige Wellenlängenmultiplex (WDM)-Systeme. Gegenüber den heutigen Lösungen (z.B. dispersionkompensierende Fasern und Faser-Bragg-Gitter) sind die untersuchten Strukturen um Größenordnungen kleiner und damit erstmalig integrationsfähig.
Auch periodische und gechirpte Strukturen werden hinsichtlich ihrer Bandbreite, Zeitverzögerung, Dispersion, der Abstimmmöglichkeiten sowie der Reflexions- und Streuverluste untersucht.
Der Kern des Konzepts basiert auf den besonderen Eigenschaften von Defekt-Moden in photonischen Kristall-(PhK)-Wellenleitern. Anders als in konventionellen Wellenleitern kann die Dispersionsrelation hier sehr stark durch Variation der Gitterparameter beeinflusst werden. Die laterale Abmessung solcher Komponenten bewegt sich im Rahmen von einigen 10 Mikrometern.
Das Teilvorhaben E2 wird bearbeitet von Jan Hendrik Wülbern, M. Sc. und Dr. Alexander Petrov
(siehe auch: Photonische Kristalle und Nichtlineare Optik)