In einer neuen Publikation zeigen Forscher aus der Gruppe Integrierte Quantenoptik unter der Leitung von Christine Silberhorn und Forscher des Laserzentrums Hannover, wie wieder-beschreibbare und beliebig neu-konfigurierbare Lichtquellen für Quantenlicht mittels Nano-3D-Druck hergestellt werden können.
Quantenphotonik nutzt einzelne Lichtteilchen, Photonen, für neue Technologien in der Kommunikation, Sensorik und Datenverarbeitung. Eine zentrale Voraussetzung dafür sind kompakte, zuverlässige Quellen, die Paare miteinander korrelierter Photonen erzeugen. Werden solche Quellen direkt auf optischen Chips integriert, können photonische Quantensysteme künftig kleiner, robuster und besser skalierbar werden.
Bislang werden die dafür notwendigen Lichtleiterstrukturen in der Regel mit aufwendigen Ätzverfahren gefertigt. Diese Herstellungsprozesse benötigen lange Entwicklungszeiten und verursachen Material, sowie Ressourcenaufwand, besonders dann, wenn Fehler auftreten oder die Eigenschaften einer Struktur nachträglich angepasst werden sollen.
In einer Kooperation der Arbeitsgruppe Silberhorn am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) der Universität Paderborn, der Leibniz Universität Hannover und des Laser Zentrums Hannover wurde nun eine flexible Alternative demonstriert: Ein hochpräzises 3D-Druckverfahren, die Zwei-Photonen-Polymerisation, erzeugt die optischen Lichtleiterstrukturen direkt auf einem Chip aus dünnem Lithiumniobat.
Die so gefertigten Lichtleiter führen Laserlicht auf eine Weise, die gezielt Photonenpaare erzeugt. Die integrierte Quelle erreicht dabei hohe Erzeugungsraten bei zugleich hoher Qualität der erzeugten Paare. Besonders bemerkenswert ist die Wiederverwendbarkeit des Ansatzes: Die gedruckten Wellenleiter konnten vom Lithiumniobat-Substrat entfernt und anschließend neu aufgedruckt werden. Die erneut gefertigten Strukturen erzielten eine vergleichbare Leistungsfähigkeit.
Die Ergebnisse zeigen das Potenzial des 3D-Drucks für photonische Quantenchips. Anstatt Chips bei kleinen Fertigungsfehlern vollständig verwerfen zu müssen, könnten optische Komponenten künftig gezielt ersetzt, angepasst oder erneut hergestellt werden. Dies kann Entwicklungszyklen verkürzen, Ressourcen sparen und die skalierbare Produktion leistungsfähiger Quantentechnologien voranbringen.
Die Arbeit wurde durch verschiedene Fördermittelgeber und Partner unterstützt, darunter die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BmFTR) und dem TÜV Nord/Alter Technology.
Die Arbeit ist frei für jeden verfügbar und kann unter folgendem Link gelesen werden: doi.org/10.1364/OE.596879
