Neuer photonischer Chip kann erstmals maßgeschneiderte Lichtfelder erzeugen und vermessen

Sie schicken Licht wie winzige Autos in ausgeklügelten Bahnen über eine Siliziumoberfläche. Und das auf einem Chip, so groß wie die Spitze eines kleinen Fingers. In diesen Wellenleitern haben sie das Licht fest unter Kontrolle. Forschern der Uni Graz ist es erstmals gelungen, ein System zu betreiben, das auf einem integrierten photonischen Chip gleichzeitig zwei verschiedene Funktionen erfüllt: Damit lässt sich nicht nur das einfallende Licht vermessen, sondern nun auch ein Lichtfeld mit bestimmten Eigenschaften gezielt erzeugen. Die Arbeit ist ein Meilenstein für das Zusammenspiel aus Lichtfeldern und integrierten optischen Schaltungen und öffnet Türen für viele neue Anwendungen der Sensortechnologie, Kommunikation und Bildgebung.

Von Kamera-Chips über die Mikroskopie bis zur Endoskopie für medizinische Untersuchungen, von selbstfahrenden Autos bis zur Kommunikation über Satelliten – optische Sensoren sind Grundbausteine für Zukunftstechnologien. Mit ihrer soeben im Wissenschaftsjournal Nature Photonics veröffentlichten Arbeit haben Forscher der Uni Graz nun die Basis für weitere Innovationen gelegt.

„Kontrolliert durch eine elektronische Schaltung können auf unserem integrierten photonischen Chip viele Eigenschaften des Lichts zugänglich gemacht werden, wie etwa die Verteilung des Lichtfeldes, seine Intensität und Schwingungsrichtung. Das Besondere ist, dass wir diese Eigenschaften nicht nur messen, sondern auch kontrollieren können, um ein maßgeschneidertes Lichtfeld zu erzeugen“, erklärt Johannes Bütow, Erstautor der Publikation. Der Physiker ist Teil der Arbeitsgruppe „Optics of Nano and Quantum Materials – Structured Light, Sound and Matter“ unter der Leitung von Peter Banzer an der Uni Graz.
Die Kombination verschiedener neuartiger Funktionen auf einem photonischen Chip, der nur wenige Millimeter groß ist, spielt eine wichtige Rolle für die weitere Miniaturisierung von Bauteilen in der Technik. Platzsparend in ein und derselben Plattform vereint, ermöglichen optische Schaltkreise und Funktionalitäten dieser Art zahlreiche innovative Anwendungen.

Gemeinsam mit Alexander Bergmann, Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik an der TU Graz, leitet Peter Banzer das kürzlich eröffnete Christian Doppler Labor für Sensorik basierend auf strukturierter Materie und erforscht mit seinem Team unter anderem weitere Grundlagen und Anwendungsgebiete für sogenannte strukturierte Materialien und Lichtfelder.

Publikation
Generating free-space structured light with programmable integrated photonics
Johannes Bütow, Jörg S. Eismann, Varun Sharma, Dorian Brandmüller, and Peter Banzer
Nature Photonics, DOI: 10.1038/s41566-023-01354-2

Redaktion12. Januar 2024|