Trends in Photonik und Quantentechnologien: FBH auf den Photonics Days 2024

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Kompaktes, effizientes Diodenlaser-Modul zum Pumpen von Faserlasern | Quelle: Bernhard Schurian | Copyright: FBH/schurian.com | Download

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Sensormodul für die Analytik von Mikroplastik | Quelle: Petra Immerz | Copyright: ©FBH/P. Immerz | Download

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Zwei Tage lang tauschen sich Expert*innen aus Forschung und Industrie in Berlin-Adlershof zu aktuellen Trends in Lasertechnologie, Heterointegration, Mikrosystemtechnik und weiteren Themen aus. Ein zentraler Fokus liegt am 9. und 10. Oktober auf den Quantentechnologien. Prof. Tim Schröder, der das Joint Lab Diamond Nanophotonics am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) und an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) leitet, ist Chair des „Berlin Quantum - Quantum Symposium“ mit vier Sessions. Sein Ziel ist es, einen Überblick über aktuelle Trends und Entwicklungen zu geben und Verbindungen zwischen aktueller Forschung und industrieller Verwertung herzustellen. Die Co-Chairs kommen aus dem FBH und von der HU Berlin. Um Quantentechnologien und Lasermodule geht es auch im Rahmenprogramm bei der Laborführung am FBH.
Dr. Paul Crump, Leiter des High-Power Diode Lasers Labs am FBH, und seine Kollegen präsentieren zudem Fortschritte bei gitterstabilisierten Diodenlasern zum Pumpen von Faserlasern. In der Session „Working in Photonics“ bringt das am FBH angesiedelte Aus- und Weiterbildungsnetzwerk Hochtechnologie (ANH Berlin) seine langjährige Erfahrung bei der Fachkräftesicherung ein – von der Berufsorientierung bis zum akademischen Personal.

Am Messestand zeigt das FBH unter anderem folgende Entwicklungen:

Kompaktes Diodenlaser-Modul zum Pumpen von Faserlasern für die Materialbearbeitung

Ytterbium-dotierte Faserlaser bedienen den größten Lasermarkt der Welt: die Materialbearbeitung. Diese Laser lassen sich besonders effizient mit einer spektral schmalbandigen Quelle bei 976 nm pumpen, wobei die Pumpenergie aus mehreren 200 µm Fasern bereitgestellt wird. Die Nachfrage nach Innovationen in diesem Bereich ist nach wie vor groß. Erst kürzlich hat das FBH ein neues, besonders einfaches und potenziell kostengünstiges Design entwickelt – bei vergleichbarer Größe und Leistung. Es basiert auf seinem bewährten, seitengekühlten Stack-Design, mit dem sich die innovativen Doppelemitter-Diodenlaser mit integrierten Gittern zur Wellenlängenstabilisierung effizient kühlen lassen. Die Emitter sind dabei vertikal gestapelt, der Strahl wird mit Fast-Axis-Kollimationslinsen vertikal und einer einzigen zylindrischen Slow-Axis-Kollimationslinse horizontal gebündelt. Dadurch entfallen mehrere kostenanfällige Elemente, wie etwa ein externes Volumen-Bragg-Gitter zur Wellenlängenstabilisierung und Spiegel für die Strahlkombination.

Mikroplastik in Gewässern mit verschränkten Photonen analysieren

Im BMBF-geförderten Projekt Sim-QPla entwickelt das Ferdinand-Braun-Institut derzeit ein miniaturisiertes Sensormodul, mit dem sich verschränkte Photonen erzeugen und in einem weiteren Schritt kostengünstig detektieren lassen. Dabei trifft ein intensiver Laserstahl im Inneren des Moduls auf einen speziellen Kristall. Dieser sorgt dafür, dass die Photonen des Laserstrahls in verschränkte Photonenpaare zerfallen. Die beiden entstandenen Photonen besitzen jeweils unterschiedliche Wellenlängen. Das Photon mit der höheren Wellenlänge (mittleres Infrarot – MIR) wird zu einer Probe und zurück in das Sensormodul geleitet. Das Photon mit kürzerer Wellenlänge (nahes Infrarot – NIR) verbleibt im Modul. Nach einer Wechselwirkung der beiden Photonen und anschließender Analyse mit einem Spektrometer können damit spezielle Kunststoffe auch in geringsten Konzentrationen und Größen nachgewiesen werden. Detektiert wird im NIR-Bereich, in dem Detektoren und Kameras kostengünstiger als im MIR-Bereich verfügbar sind. Die kompakte Baugröße ermöglicht es zudem, Mikroplastik-Anteile in Gewässern erstmals mobil und vor Ort zu analysieren.

Photonisch-integrierte Schaltungen – Basis für Quantenoperationen

Um Ressourcenzustände für das Quantencomputing zu realisieren, untersucht das Joint Lab Diamond Nanophotonics, wie sich photonische Clusterzustände mit optisch aktiven Spindefekten erzeugen lassen. Resonatoren aus photonischen Kristallen sind Bauelemente, die Licht bestimmter Wellenlängen einschließen können. Wird ein optisches Quantensystem im Inneren des Resonators platziert, verstärkt dies die Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld. Diese Komponenten können daher als effiziente Schnittstellen zwischen stationären Qubits, der elementaren Rechen- und Informationseinheit eines Quantencomputers, und fliegenden Photonen verwendet werden. Wissenschaftler*innen am FBH haben erfolgreich einen freistehenden photonischen Kristallresonator hergestellt, der auf einem neuartigen „Sägefisch“-Design basiert, das die Kolleg*innen der HU Berlin entwickelt haben. Die Bauelemente bestehen aus 20 µm langen und 275 nm dicken Diamantbalken, die periodisch moduliert sind.
Weitere Informationen: https://doi.org/10.1063/5.0186509