Zukunftscluster QVLS-iLabs: Quantum-Gravimeter with advanced LIDE based atomchips (Q-GALA)

Abstract

Im Projekt wurde ein laserstrukturierter Atomchip aus Glas mit Kupferleiterbahnen und integrierten Durchkontaktierungen (VIAs) gefertigt. Dazu kam das LIDE-Verfahren (Laser-Induced Deep Etching) zum Einsatz. Dabei wird Glas mit einem Laser modifiziert, ohne Material abzutragen. Im anschließenden Nassätzbad werden die zuvor modifizierten Bereiche des Glases wesentlich schneller abgetragen als das nicht modifizierte Material. Der Chip wurde per laserbasiertem Glas‑Glas‑Schweißen hermetisch auf einen Glasabstandhalter (Spacer) gefügt; die Schweißnähte zeigen eine sehr geringe Helium‑Leckrate von < 1 × 10‑12 mbar·l/s – ein Maß für höchste Dichtheit. Anschließend wurde oben eine weitere Glasscheibe aufgeschweißt, sodass ein dreiteiliger Demonstrator entstand, der die entwickelten Technologien anschaulich vereint. Die erzielten Ergebnisse bilden die Basis für ein Anschlussprojekt, dessen Ziel die Demonstration kalter Atome in einer glasbasierten Atomfalle ist. Dies ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einem voll integrierten, miniaturisierten, glasbasierten Quantengravimeter. As part of the project, a laser-structured glass atom chip with copper conductive traces and integrated through-silicon vias (VIAs) was fabricated. The LIDE process (Laser-Induced Deep Etching) was used for this purpose. In this process, glass is modified with a laser without removing any material. In the subsequent wet etching bath, the modified areas of the glass are removed much more quickly than the unmodified material. The chip was hermetically bonded to a glass spacer using laser-based glass-to- glass welding; the weld seams exhibit a very low helium leakage rate of < 1 × 10‑12 mbar·l/s—a measure of the highest level of tightness. Subsequently, another glass plate was welded onto the top, creating a three-part demonstrator that vividly combines the developed technologies. The results achieved form the basis for a follow-up project aimed at demonstrating cold atoms in a glass-based atomic trap. This is a crucial step toward a fully integrated, miniaturized, glass-based quantum gravimeter.