02.06.2026 • Laser

Chipbasierte Laserstabilisierung für die Industrie

Im Projekt PISA entwickeln zwei Fraunhofer-Institute ein integriertes Feedbackelement für ultrastabile, schmalbandige Laser.

Ultrapräzise, kompakt und robust: Die Kombination aus integrierter Photonik und piezoelektrischen Oberflächenwellen ermöglicht kompakte, vibrationsunempfindliche Lösungen für Quanten- und Präzisionsanwendungen. Ziel ist es, komplexe Laboraufbauten auf einen Chip zu bringen und damit den Weg für skalierbare, industrienahe Lösungen zu ebnen.

Justage eines durchstimmbaren Lasers für die Charakterisierung von photonisch integrierten Wellenleitern

Ob in der Quanteninformationsverarbeitung, der hochauflösenden Spektroskopie oder der industriellen Messtechnik: Schmalbandige und frequenzstabile Laser spielen eine zentrale Rolle in modernen photonischen Systemen. Mit dem Verbundprojekt PISA „Durchstimmbarer piezoelektrischer SAW-Laser mit ultraschmalbandiger Linienbreite“ startet das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS die Entwicklung eines neuartigen, integrierten Feedbackelements für besonders kompakte, robuste und präzise Laserquellen. Das Projekt koordiniert Anna Lena Schall-Giesecke, Leiterin der Technologie-Abteilung am Fraunhofer IMS und Professorin für integrierte Photonik an der Universität Duisburg-Essen. Projektpartner ist das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe.

Ziel von PISA ist die Entwicklung eines durchstimmbaren, ultraschmalbandigen Feedbackelements, das zentrale Funktionen zur Laserfrequenzstabilisierung erstmals chipbasiert realisiert. Dafür kombinieren die Projektpartner photonische Siliziumnitrid-Wellenleiter mit piezoelektrischen Oberflächenwellen (Surface Acoustic Waves, SAW) auf Basis von Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN). Die Lösung ist CMOS-kompatibel, vibrationsunempfindlich und perspektivisch kostengünstig in Serie herstellbar.

„Gerade in anspruchsvollen Anwendungen wie Quantencomputern oder optischen Atomuhren stoßen konventionelle Lasersysteme aufgrund ihrer Größe, Komplexität und Empfindlichkeit an Grenzen“, erklärt Schall-Giesecke. „Mit PISA schaffen wir eine integrierte Alternative, die Präzision, Robustheit und Miniaturisierung vereint.“ Konkreter Nutzen für Industrie und Forschung

Die im Projekt entwickelten Komponenten eignen sich insbesondere für laserbasierte Anwendungen, bei denen höchste Frequenzstabilität und schnelle Regelbarkeit erforderlich sind, zum Beispiel bei der Steuerung von Ionenfallen-Quantencomputern, in der Präzisionsspektroskopie, der optischen Sensorik oder in zukünftigen industriellen Messsystemen. Angestrebt werden Linienbreiten im Bereich von etwa 1 MHz, was bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik bedeutet.

Darüber hinaus lassen sich die entwickelten Einzelbausteine – etwa SAW-basierte Bragg-Reflektoren, Phasenschieber oder Amplitudenmodulatoren – auch einzeln nutzen, beispielsweise als einstellbare Filter oder Schaltelemente für Kommunikationssysteme. [FhIMS / dre]

Integrierte Photonik (Anna Lena Schall-Giesecke), Fachgebiet Elektronische Bauelemente und Schaltungen (EBS), Universität Duisburg-Essen (UDE)