Winzige Lichtwellenleiter aus dem 3-D-Drucker für die Silizium-Photonik

Integration optischer und elektronischer Schaltkreise auf einem gemeinsamen Silizium-Chip.

Entwurf eines photonischen Multi-Chip-Systems mit einem photonischen Wirebond. (Abbildung: IPQ/IMT/KIT)

Informations- und Kommunikationstechnik, Messtechnik und Sensorik können wesentlich von der Silizium-Photonik profitieren: Die Integration optischer und elektronischer Schaltkreise auf einem gemeinsamen Silizium-Chip ermöglicht nicht nur eine schnelle und energieeffiziente Datenübertragung, sondern bildet auch die Grundlage kompakter und robuster Messsysteme für die industrielle Sensorik oder die Lebenswissenschaften und ist überdies bestens für die kostengünstige Massenfertigung auf großen Silizium-Scheiben geeignet. Allerdings war es bisher ein Problem, diese Schaltkreise mit effizienten Lichtquellen zu versehen, da sich Silizium aufgrund seiner Kristallstruktur praktisch nicht zur Lichtemission eignet.

Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, konventionelle Laser auf Indiumphosphid-(InP-)Chips mit Silizium-Photonik-Schaltungen zu verbinden und dabei die optischen Verluste des Signals sehr gering zu halten. Wie die Wissenschaftler um Professor Christian Koos in der Zeitschrift Optica berichten, nutzten sie dazu das am KIT erfundene Konzept des photonischen Wirebondens (photonic wire bonding), das auf die Zweiphotonenlithographie als Methode zum Drucken dreidimensionaler (3-D) Nanostrukturen zurückgreift. Bei diesem Verfahren wird flüssiger Fotolack durch einen fokussierten Laserstrahl mit großer Präzision ausgehärtet. So fertigten die Wissenschaftler winzige 3-D-Lichtwellenleiter, mit denen sie die bis jetzt effizienteste Verbindung zwischen einem InP-Laser und einem Silizium-Photonik-Chip erreichten. Damit haben die Forscher gezeigt, dass photonisches Wirebonden, das sich auch für viele andere Chip-Chip-Übergänge und die Faser-Chip-Kopplung eignet, ein enormes Potenzial für die Integration komplexer photonischer Systeme mit vielen verschiedenen Bauteilen und unterschiedlichen Funktionen besitzt. Die Technologie wird derzeit vom KIT Start-up Vanguard Photonics in die industrielle Anwendung gebracht.

Originalpublikation (Open Access)

or, 21.08.2018