Technologie
In der Arbeitsgruppe Technologie entwickeln wir die Grundlagen für eine neue Generation kompakter, leistungsfähiger und skalierbarer photonischer Bauelemente, die die Zukunft von Quanten- und klassischen Photonik-Systemen prägen werden. Unser Fokus liegt auf der integrierten Photonik in Lithiumniobat, insbesondere auf Dünnschicht-Lithiumniobat (engl. thin-film lithium niobate, TFLN) und traditionellen Titan-diffundierten Wellenleitern.
Wir bauen eine modulare Toolbox aus hochpräzisen Komponenten, die als Bausteine für komplexe, auf Chips integrierte Bauelemente dienen. Dazu gehören TFLN-Wellenleiter mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften, periodisch gepolte TFLN-Strukturen für nichtlineare Prozesse wie Frequenzverdopplung und parametrische Floureszenz, sowie elektro-optische Modulatoren mit hoher Bandbreite und geringem Schaltspannungen.
Durch die Kombination von Materialwissenschaft, Mikro- und Nanofertigung sowie optischer Systemintegration arbeiten wir an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und technologischer Umsetzung – mit dem Ziel, Quanten- und Photonik-Systeme effizienter, kleiner und nutzbarer zu machen.
Wellenleiter in Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN)
Wir entwickeln und charakterisieren hochqualitative TFLN-Wellenleiter, die durch eine optimierte Materialstruktur und präzise Geometrie eine extrem niedrige optische Dämpfung und exzellente Modenführung ermöglichen. Die Herstellung erfolgt in einer Reinraumumgebung mittels Elektronenstrahllithographie und trockenchemischer Ätzung, was eine hohe Reproduzierbarkeit und minimale Oberflächenrauheit gewährleistet. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Realisierung von quantenoptischen Interferenzen und stabilen, skalierbaren DeviSces.
S. Babel, et al., "Demonstration of Hong-Ou-Mandel interference in an LNOI directional coupler" Optics Express 31, 23140 (2023); DOI: 10.1364/OE.484126
Periodische Polung in TFLN
Periodische Polung ist die Grundvoraussetzung für effiziente, nichtlineare Prozesse. Wir realisieren homogene, kontinuierliche periodische Polung über große Waferflächen, um effiziente und hochreine Single-Photon-Quellen sowie nichtlineare Prozesse wie parametrische Verstärkung und Frequenzkonversion zu ermöglichen. Durch die Entwicklung innovativer segmentierter Finger-Elektroden optimieren wir die Polungsgenauigkeit und -homogenität, was die Stabilität und Leistungsfähigkeit von Quantenlichtquellen entscheidend verbessert.
L. Bollmers, et al., Segmented finger electrodes to optimize ultra-long continuous wafer-scale periodic poling in thin-film lithium niobate, Nanophotonics 14, 4761 (2025); DOI: 10.1515/nanoph-2025-0461
Elektrooptische Modulatoren in TFLN
Unsere TFLN-basierten elektrooptischen Modulatoren ermöglichen die schnelle und energieeffiziente Manipulation von Lichtsignalen, entscheidend für die Steuerung von Quantenlichtzuständen, die Erzeugung von zeitlich kodierten Qubits und die Integration in dynamische optische Schaltkreise. Durch die hohen elektrooptischen Koeffizienten von Lithiumniobat und die Miniaturisierung in TFLN-Strukturen erreichen wir Modulationsraten in der GHz-Bandbreite mit geringem Energieverbrauch und kleinen Spannungen.
Traditionelle Titan-diffundierte Wellenleiter in Lithiumniobat
Wir nutzen die über 40-jährige Erfahrung in der Entwicklung und Optimierung Titan-diffundierter Wellenleiter, die heute als absolut ausgereifte und hochzuverlässige Technologie gelten. Diese Wellenleiter bieten exzellente optische Eigenschaften, extrem geringe optische Verluste, sind ideal für die Erzeugung von verschränkten Photonpaaren und die Implementierung komplexer quantenoptischer Schaltungen. Ihre hohe Stabilität und Reproduzierbarkeit machen sie zu einem etablierten Baustein in der Quantenphotonik.
K.-H. Luo, et al. Counter-propagating photon pair generation in a nonlinear waveguide, Optics Express 28, 3215 (2020); DOI: 10.1364/OE.378789
