Quanten-Photonik

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Unser Leistungsangebot#

Mit laserbasierten Bearbeitungsverfahren lassen sich Strukturen und Bauteilgruppen erzeugen, die im Bereich der integrierten Quanten-Photonik eingesetzt werden, beispielsweise für Quantencomputer, -internet oder -messtechnik.

Die Laserstrahlung als Werkzeug bietet im Vergleich zu mechanischen oder lithografischen Verfahren den Vorteil einer flexiblen, schnellen und kontaktlosen Bearbeitung. Darüber hinaus können von verschiedenen Materialien wie Diamant, Siliziumcarbid, Galliumarsenid oder Lithiumniobat wahlweise die Oberflächen oder das Materialvolumen selektiv mit einer räumlichen Präzision von unter einem Mikrometer bearbeitet werden. 

Eingekoppeltes Infrarotlicht in einem laserinduzierten Wellenleiter.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Eingekoppeltes Infrarotlicht in einem laserinduzierten Wellenleiter.
Messung der Strahlführungseigenschaften von hergestellten integrierten Wellenleitern.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Messung der Strahlführungseigenschaften von hergestellten integrierten Wellenleitern.
Gezielte Führung von grünem Licht in einem lasergefertigten Wellenleiter.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Gezielte Führung von grünem Licht in einem lasergefertigten Wellenleiter.

Am Fraunhofer ILT werden Technologien entwickelt, die eine photonische Kopplung von Qubits ermöglichen. Dazu müssen mikroskopisch dimensionierte Verbindungsstrukturen zwischen den Qubits realisiert werden. Die Kommunikation kann über wellenleitende Strukturen erfolgen, die sich durch lokale Brechungsindexänderungen mithilfe von Ultrakurzpuls(UKP)-Laserstrahlung in Halbleiter integrieren lassen. Neben einer gezielten Kommunikation lässt sich so auch ein Sammeleffekt des emittierten Lichts von Qubits realisieren.

Einen Forschungsschwerpunkt bilden Oberflächenstrukturen sowie integrierte Strukturen auf der Basis von Lithiumniobat für quantenoptische Schaltungen, sogenannte Quantengatter für Quantencomputer. Elementare Bestandteile sind dabei Wellenleiter mit Strukturgrößen von wenigen Mikrometern. Durch die Verwendung der UKP-Laserstrahlung lassen sich entsprechende individualisierte Strukturen direkt und hochpräzise erzeugen. Für optimierte Photonen-Führungseigenschaften wird insbesondere die Oberflächenrauheit minimiert, sodass Streueffekte für die Führung von sichtbarem oder infrarotem Licht eine vernachlässigbare Rolle spielen und aufwändige Nachbearbeitungsschritte entfallen.

Neben der Mikro- und Nanostrukturierung mit Ultrakurzpulslasern kommt u. a. das selektive Laserätzen (Selective Laser-induced Etching SLE) zum Einsatz, um Komponenten wie Wellenleiter, Gitter, Koppler und Filter für neue Anwendungen auf quantentechnologischer Basis zu entwickeln.

Ausgewählte Forschungsprojekte#

Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS

Fraunhofer-Leitprojekt »QUILT«

Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions

Verbundprojekt »QUEST«

Quantum Frequency Conversion of Photons Emitted by Spin Qubits to the Telecom Band

Branchen#

Lasertechnik trägt in unterschiedlichen Branchen zur Lösung anspruchsvoller Aufgabenstellungen bei. Ob als Werkzeug in der Automobilfertigung, als Messmittel im Umweltbereich, als Diagnose- oder Therapieinstrument in der Medizintechnik oder als Kommunikationsmedium in der Raumfahrttechnik, der Laser bietet vielfache Einsatzmöglichkeiten mit hoher Produktivität und hoher Effizienz.

Auf den Branchen-Webseiten finden Sie weitere Informationen und eine Auswahl aus unserem Angebot.

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Projektergebnisse#

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Unsere Leistungsangebote decken ein weites Themenspektrum ab. Verwandte Themen zur Quanten-Photonik und weitere Schwerpunkte aus Forschung und Entwicklung finden Sie unter den folgenden Links.