Messplatz für aktive photonische Bauelemente

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523089691

Aktive photonische Bauelemente bilden eine Schlüsseltechnologie in der Kommunikationstechnik, Energietechnik oder Sensorik. Moduliertes Licht in Glasfasern ermöglicht die Informationsübertragung im modernen Internet oder Serverfarmen, die Photovoltaik ist eine nachhaltige Quelle für elektrische Energie, und laserbasierte Sensoren erkennen dreidimensionale Räume für virtuelle Realitäten und Navigationsanwendungen. Zukünftig wird mit wenigen Photonen Quanteninformationsverarbeitung realisiert, oder mit ultraviolettem hochenergetischem (UV-C) Licht in unserer Umgebung von Keimen befreit. Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt in der Modellentwicklung und Analyse halbleiterbasierter photonischer Bauelemente, sowie der Realisierung neuartiger Komponenten wie Lasern, Lichtemittierenden Dioden (LEDs) oder Photodetektoren. Die Erforschung der Licht-Materie Wechselwirkung basiert auf numerischen Modellen, die mit Struktur- und Messdaten bestehender Bauelemente sowie parameterfreien atomistischen Simulationen abgeglichen werden. Mit der beantragten Förderung soll nun ein Messplatz für aktive photonische Bauelemente realisiert werden, um eine umfassende Charakterisierung durchzuführen. Hierbei sollen spektrale Linienbreiten, Wellenlängen, Strahlqualitäten, dynamische Eigenschaften, Einzelphotoneneffizienz, und Energieeffizienz ermittelt werden. Dies ermöglicht eine gezielte Gegenüberstellung der theoretisch im Modell berechneten und gemessenen Eigenschaften, und dadurch können sowohl unbekannte Materialparameter bestimmt, neue Modellbeschreibungen abgeleitet, und auch technologische Potenziale evaluiert werden. In Zusammenarbeit mit Technologiepartnern wird die Entwicklung zukünftiger Bauelementgenerationen vorangetrieben, und ein systematisches Verständnis der elektronischen und optischen Eigenschaften geschaffen. Eine Fragestellung aus der aktuellen Forschung ist die elektro-optische Effizienz von ultravioletten LEDs im Materialsystem Aluminium Gallium Nitrid, die im Vergleich zu blauen LEDs im gleichen Materialsystem um eine Größenordnung kleiner ist. Dies ist sowohl auf elektrische Ursachen wie nanoskaliger Materialfluktuationen, als auch auf optische Absorption in den Kontaktschichten zurückzuführen. Ziel ist nun, durch konsistente Messungen sowie Simulationen die Ursachen zu ermitteln, und daraus Bauelementstrukturen mit wesentlich verbesserter Effizienz zu entwickeln. Eine weitere Forschungsrichtung ist die Kontrolle von Einzel- sowie verschränkten Photonen für Quantentechnologien. Hierzu werden z.B. lumineszente Moleküle als Einzelphotonenquelle in eine photonische Kristall-Kavität eingebracht. Um die Kopplungsstärke des Emitters und des Resonators in realen Systemen abzuschätzen, sind detaillierte Messungen erforderlich. Erst dann kann in unseren theoretischen Rechnungen das Systempotenzial für die Quanteninformationsverarbeitung evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Messplatz für aktive photonische Bauelemente
• Gerätegruppe: 5360 Meßgeräte für gestreutes und reflektiertes Licht, optische Oberflächen-Prüfgeräte
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr. Bernd Witzigmann