Photonische Schaltungen sind winzige Bauteile, die mit Licht arbeiten. Forschende an unserem Institut MATERIALS stellen solche Schaltungen direkt in Glas her. Dafür nutzen sie Femtosekundenlaser: extrem kurze Laserpulse, die das Material nur an genau festgelegten Stellen verändern. So entstehen feine Wege, die Licht durch den Chip führen, teilen und wieder zusammenbringen können.
Die aktuelle Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Photonics veröffentlicht. Sie führt wichtige Entwicklungen aus den vier FFG-Projekten OptoQuant, FLMOptChips, PIQLearn und ScaleQUDITS zusammen.
Mit Licht feine Wege ins Glas schreiben
Am Institut MATERIALS decken wir den gesamten Entwicklungsprozess ab: vom Entwurf am Computer über die Laserbearbeitung bis hin zur Prüfung der fertigen Bauteile. Da die Strukturen direkt ins Glas geschrieben werden, lassen sich neue Ideen schnell erproben und an unterschiedliche Anwendungen anpassen.
Für die aktuelle Arbeit verband das Team optische Lichtwege, dreidimensionale Glasstrukturen und elektrische Heizelemente in einem einzigen Glas-Chip. Die schnelle und flexible Herstellung eignet sich besonders für Prototypen und kleine Stückzahlen.
Eine winzige Glasbrücke spart Energie
Das Herzstück des Chips ist eine freitragende Mikrobrücke aus Glas. In ihr verlaufen ein Lichtweg und ein kleines elektrisches Heizelement. Wird die Brücke erwärmt, verändert sich die Ausbreitung des Lichts. Weil dabei kaum Wärme an das übrige Glas verloren geht, lässt sich das Licht mit geringem Energiebedarf steuern.
Für den gesamten vorgesehenen Regelbereich benötigt das Bauteil rund 17 Milliwatt elektrische Leistung. Die Ergebnisse zeigen damit, dass sich steuerbare photonische Schaltungen auf diese Weise in Glas umsetzen lassen.
Neue Möglichkeiten für kompakte Glas-Chips
Der entwickelte Ansatz vereint Lichtführung, -steuerung und elektrische Anbindung in einem einzigen Bauteil. Dadurch können kompakte photonische Chips schneller entwickelt und gezielt an unterschiedliche Aufgaben angepasst werden. Dreidimensionale Lichtwege eröffnen zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung. Mögliche Einsatzgebiete reichen von kompakten Messsystemen und der optischen Datenverarbeitung bis hin zur Quantentechnologie.
Die Publikation bildet den Abschluss von vier erfolgreichen FFG-Projekten. Die dabei entwickelte Technologie erweitert die Fertigungsmöglichkeiten des Instituts MATERIALS und schafft eine Grundlage für kompakte, individuell anpassbare photonische Bauteile mit geringem Energiebedarf.
Publikation
Philip Lichtenegger, Philipp Hurdax, Georg Spernbauer und Bernhard Lamprecht:
„Reconfigurable Photonic Integrated Circuits in Glass by Femtosecond Laser Writing and Laser-Induced Chemical Etching“, Photonics 2026, 13(8), 731.
