Die Entwicklung von nanophotonischen Chips kommt voran
Photonische integrierte Geräte können die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung erheblich erhöhen, Unterhaltungselektronik revolutionieren und neue minimal-invasive Diagnostik zur Früherkennung von Krankheiten liefern. Im Rahmen des Projekts RE-ACT (Novel active nanophotonic devices in rare-earth doped double tungstates) bereiten Forscher die Bühne für die Herstellung von hochintegrierten photonischen Schaltungen. Ein wichtiger Schwerpunkt lag dabei auf kostengünstigen Herstellungstechniken, die mit der komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-Technologie kompatibel sind. Zur Realisierung nanoskaliger photonischer Bauelemente, die der Größe von elektronischen Komponenten entsprechen, zogen die Forscher die Verwendung von Plasmonik in Betracht. Dieser nanophotonische Ansatz erlaubt die Steuerung von Licht auf Nanometer-Skala. Das Team kombinierte plasmonische Wellenleiter mit kristallinem Kaliumdoppelwolframat (KREW), dotiert mit Seltenerd-Ionen. KREW ist ein kristallines Material, das eine stabile Verstärkung bei unterschiedlichen Wellenlängen bieten kann. Die Forscher verwendeten heterogene Techniken, um KREW in unterschiedliche Substrate wie Siliziumdioxid und Silizium zu integrieren. Dabei konzentrierten sie sich auf die Untersuchung von Biegungen in KREW-Wellenleitern und auf die Frage, wie plasmonische Effekte Ausbreitungsverluste in scharfen Biegungen reduzieren können. Die Forscher demonstrierten experimentell, dass die Einführung einer dünnen Metallschicht unter dem Kern des Wellenleiters die Gesamtkrümmungsverluste verringert. Die Studie kann für jeden Wellenleiter mit niedrigem Brechungsindexkontrast verwendet werden. Eine weitere Projektaktivität war die Entwicklung von oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS)-Sensoren, die auf dem Lichtwellenreiter integriert wurden. Solche Sensoren können zur Überwachung von Abwassertoxizität dienen. Zukünftige Initiativen können Plasmonen-Nanopartikel und passive Wellenleiter verwenden, um SERS-Sensoren für den Nachweis von Verunreinigungen im Trinkwasser realisieren. Die Möglichkeit, photonische Bauelemente mit erhöhter Funktionalität, fast unbegrenzter Bandbreite und sehr geringem Stromverbrauch im Nanomaßstab auf einem Chip zu integrieren, öffnet die Tür zu neuen und spannenden Anwendungen.
Schlüsselbegriffe
Nanophotonische Geräte, Plasmonik, Unterhaltungselektronik, RE-ACT, Doppelwolframat
