Lichtfelder nach Maß

Sie schicken Licht wie winzige Autos in ausgeklügelten Bahnen über eine Silizium­oberfläche. Und das auf einem Chip, so groß wie die Spitze eines kleinen Fingers. In diesen Wellenleitern haben sie das Licht fest unter Kontrolle. Forschern der Universität Graz ist es erstmals gelungen, ein System zu betreiben, das auf einem integrierten photonischen Chip gleich­zeitig zwei verschiedene Funktionen erfüllt: Damit lässt sich nicht nur das einfallende Licht vermessen, sondern nun auch ein Lichtfeld mit bestimmten Eigenschaften gezielt erzeugen. Die Arbeit ist ein Meilenstein für das Zusammenspiel aus Lichtfeldern und integrierten optischen Schaltungen und öffnet Türen für viele neue Anwendungen der Sensor­technologie, Kommunikation und Bildgebung.

Von Kamera-Chips über die Mikroskopie bis zur Endoskopie für medizinische Untersuchungen, von selbstfahrenden Autos bis zur Kommunikation über Satelliten – optische Sensoren sind Grund­bausteine für Zukunfts­technologien. Mit ihrer Arbeit haben die Forscher nun die Basis für weitere Innovationen gelegt. „Kontrolliert durch eine elektronische Schaltung können auf unserem integrierten photonischen Chip viele Eigen­schaften des Lichts zugänglich gemacht werden, wie etwa die Verteilung des Lichtfeldes, seine Intensität und Schwingungs­richtung. Das Besondere ist, dass wir diese Eigenschaften nicht nur messen, sondern auch kontrollieren können, um ein maßge­schneidertes Lichtfeld zu erzeugen“, erklärt Physiker Johannes Bütow. Er ist Teil der Arbeitsgruppe „Optics of Nano and Quantum Materials – Structured Light, Sound and Matter“ unter der Leitung von Peter Banzer.

Die Kombination verschiedener neuartiger Funktionen auf einem photonischen Chip, der nur wenige Millimeter groß ist, spielt eine wichtige Rolle für die weitere Miniaturisierung von Bauteilen in der Technik. Platzsparend in ein und derselben Plattform vereint, ermöglichen optische Schaltkreise und Funk­tionalitäten dieser Art zahlreiche innovative Anwendungen. Gemeinsam mit Alexander Bergmann, Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik an der TU Graz, leitet Peter Banzer das kürzlich eröffnete Christian Doppler Labor für Sensorik basierend auf struk­turierter Materie und erforscht mit seinem Team unter anderem weitere Grundlagen und Anwendungs­gebiete für strukturierte Materialien und Lichtfelder.

U. Graz / JOL