Silicon-on-Insulator basierte Integrierte Optische Frequenzkämme für Mikrowellen-, THz- und Optische Anwendungen

Die Präzision, Vielseitigkeit und Bandbreite von Frequenzkämmen sind die Basis für viele verschiedene Anwendungen vom Mikrowellen-, über den Millimeter- und THz- bis hin zum optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im Prinzip erzeugt jeder modengekoppelte Laser (MLL) einen Frequenzkamm. Daher basieren klassische Kammerzeugungstechniken auf Hochleistungs MLL die in einer Faser ein Supercontinuum erzeugen. Durch Selbstreferenzierung können diese breiten Kämme, die über eine Oktave reichen, sehr präzise stabilisiert werden. Eine sehr interessante Quelle für Frequenzkämme sind modengekoppelte, Erbium dotierte femtosekunden Faserlaser, da sie vergleichsweise preiswert, robust und leicht erhältlich sind. Allerdings hat selbst ein sehr kompakter Faserlaser Abmessungen von typischerweise 12 x 20 x 7 cm³ (FemtoFerb 1560, Toptica), viel zu groß für Anwendungen wie integrierte optische Abtaster oder integrierte Spektroskope zum Beispiel. Kürzlich wurde gezeigt, dass sehr kompakte Kavitäten mit einem hohen Q-Faktor sehr breitbandige Frequenzkämme über den parametrischen Effekt der kaskadierten Vierwellenmischung erzeugen können. Als Konsequenz aus diesen Erfolgen hat die DARPA in den USA ein neues Forschungsfeld zur Erforschung von optischen Frequenzkammgeneratoren auf Chipgröße ausgerufen. Das Ziel vieler dieser Projekte ist jedoch die Erzeugung von Frequenzkämmen die so breit wie möglich sein sollen. Durch den relativ großen freien Spektralbereich und die limitierte Abstimmbarkeit dieser Kämme, sind sie für viele Anwendungen allerdings nicht zu gebrauchen. Im Gegensatz dazu sollen hier integrierte Quellen für Frequenzkämme erforscht werden, die im Bereich der Mikrowellen, der THz-Strahlung und der Optik eingesetzt werden können. Alle diese Anwendungen benötigen keinen selbstreferenzierten Kamm. Daher sind Kämme die über eine Oktave reichen nicht Teil dieses Projekts. Das Ziel dieses Projekts ist es vielmehr durchstimmbare und stabilisierte, CMOS kompatible, integrierte Frequenzquellen für Anwendungen in Feldern wie der optischen Abtastung, der Metrologie und Radio over Fiber zu erhalten und zu untersuchen, ob und wie die gesamten Systeme, in einem möglichen zukünftigen Schritt, integriert werden können. Wenn erfolgreich, könnte das Projekt den Weg für leichte und extrem kompakte Geräte für die Mikrowellen, THz, oder optische Spektroskopie, für integrierte optische Abtaster mit Abtastraten von mehreren hundert Gsps und für integrierte Quellen für die THz und Mikrowellenerzeugung für Radio over Fiber Systeme ebnen.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen