Hochintegrierte photonisch integrierte Schaltkreis-basierte External-Cavity-Diodenlaser (ECDLs) für Quantentechnologien (HiPEQ) - Teilvorhaben: Design und Aufbau optischer Bauelemente (PIC + Mikro-Optik) für ein PIC basiertes ECDL System

Abstract

HiPEQ verfolgt das Ziel, kompakte, robuste und skalierbare externe Kavitätsdiodenlaser (ECDLs) im sichtbaren Spektralbereich zu ermöglichen, indem wellenlängenselektive Rückkopplungs- und Tuning-Funktionen von ausrichtungs-sensitiven Freistrahl-Optiken auf eine Siliziumnitrid-(SiN)-Photonikplattform (PIC) übertragen werden. Im Projekt entwickelten RWTH Aachen University / Institute of Integrated Photonics (IPH) zentrale SiN-PIC-Bausteine für ECDLs bei 637 nm und 461 nm, einschließlich wellenlängenselektiver Filterstrukturen und verlustarmer Kopplungsinterfaces. Die Arbeiten umfassten die Ableitung verifizierbarer Spezifikationen und Schnittstellen, die Validierung der PIC-Funktionalität durch systematische optische Charakterisierung sowie die Demonstration eines Hybrid-ECDL-Betriebs mit on-chip-Rückkopplung bei den Zielwellenlängen. Parallel wurden Integrationspfade zu kompakten Submodulen vorangetrieben, indem Flip-Chip-Integrationsansätze für Gain-Chips entwickelt und bewertet sowie Packaging- und Kopplungskonzepte untersucht wurden; dabei wurden die wesentlichen Toleranz- und Stabilitätsgrenzen für eine zuverlässige Montage herausgearbeitet. Insgesamt entstand eine belastbare Grundlage für PIC-basierte sichtbare ECDLs sowie praktisches Integrations-Know-how zur Risikoreduktion auf dem Weg zu herstellbaren, systemintegrierbaren Lasersubmodulen.