Integration organischer Emitter in funktionale nanophotonische Schaltkreise

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfram Hans Peter Pernice
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 332724366

Mittels nanophotonischer Schaltkreise (NPICs) können komplexe optische Systeme auf Chipebene realisiert und durch Wellenleiter verknüpft werden. Wenn Materialien mit hohem Brechungsindexkontrast eingesetzt werden, lassen sich kompakte Systeme mit Strukturgrößen unterhalb der Wellenlänge erstellen. Derartige Schaltkreise können mit Methoden der integrierten Elektronik mit hoher Güte und Reproduzierbarkeit gefertigt werden, mit Potential für Massenanwendungen. NPICs werden insbesondere für die Sensorik und Metrologie, sowie die Datenverarbeitung eingesetzt.Heutige NPICs auf Siliziumbasis sind größten Teils passive Bauelemente wenn sie monolithisch implementiert werden. Diese eignen sich nur bedingt für vollintegrierte Systeme, die neben passiven Strukturen auch Lichtquellen und Detektoren enthalten. Um diese Beschränkungen aufzuheben soll in diesem Projekt durch hybride Integration mit funktionalen organischen Materialien auf der Basis von Anthrazenderivaten und Kokristallen aktive Funktionalität realisiert werden, um neue Möglichkeiten zur Licht-Materiewechselwirkung zu schaffen.Im Rahmen des Projekts sollen molekulare Emitter direkt in das optische Nahfeld von Wellenleitern aus breitbandig transparentem Siliziumnitrid integriert werden. Dies wird die effiziente Ankopplung an den Wellenleiter durch photonische Kavitäten ermöglichen. Die Verwendung von Kavitäten wird insbesondere maßgeschneiderte Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich ermöglichen. Zur optischen Aufbereitung der Emission sollen nanophotonische Bauelemente eingesetzt werden um Lichtquellen mit kleinsten Abmessungen herzustellen. Diese sollen sowohl bei hohen Intensitäten, als auch im Bereich einzelner Photonen untersucht werden. Zur zeitlichen Charakterisierung werden wir supraleitende Einzelphotonenzähler verwenden, die höchste zeitliche Auflösung bieten. Die photonische Plattform die im Rahmen dieses Projekts entwickelt werden wird soll es ermöglichen hybride organisch-inorganische photonische Systeme zu untersuchen und Einzelphotonenstatistik auf Chipebene zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yonggang Zhen