Effiziente Raman-Laser und -Verstärker in Silicon-on-Insulator

Lichtemittierende Bauelemente und mit Erbium-Faserverstärkernvergleichbare Komponenten würden der integrierten Optik in Silizium,die ansonsten in fast jeder Hinsicht ein äußerst attraktives Gebietdarstellt, einen gewaltigen zusätzlichen Schub verleihen. Aufgrund derindirekten Bandstruktur sind Bemühungen der Lichterzeugung wie beiIII-V-Halbleitern oder auch durch Erbium-Dotierung bisher nur wenigerfolgreich. Deutliche Fortschritte bei der Lichterzeugung in Siliziumzu erreichen, ist Ziel des vorliegenden Projektes. Es basiert aufstimulierter Ramanstreuung, einem Effekt, der in Glasfasern seitlängerem bereits kommerziell genutzt wird, dessen Potential inSilizium aber erst im Jahre 2002 erkannt wurde.

Allerdings finden in Silizium zusätzlich nichtlineareAbsorptionsprozesse statt, die von Quarzglasfasern her nicht bekanntsind und deren Auswirkungen behoben oder gemildert werden müssen: dieZweiphotonenabsorption (Two-Photon Absorption, TPA), die zurAbsorption des Pumplichtes und zur Erzeugung freier Ladungsträgerführt, und die Absorption durch diese freien Ladungsträger(Free-Carrier Absorption, FCA), die besonders starke optische Verlustehervorruft.

Ziel des Projektes ist die Realisierung neuartiger Raman-Laser und-Verstärker in SOI-Technologie, die sich durch gesteigerte Effizienzauszeichnen und Aussicht auf Abstimmbarkeit versprechen. DieEffizienzsteigerung soll vornehmlich durch Reduzierung derFree-Carrier Absorption (FCA) bewerkstelligt werden und diese wiederumdurch geeignetes Wellenleiterdesign, durch Materialwahl, durchbeidseitiges Pumpen und insbesondere durch verteilt transversaleingekoppelte Pumpleistung mittels eines "Raman-Kopplers".

Das Projekt ist Teil der DFG-Forschergruppe "Aktive und abstimmbaremikrophotonische Systeme auf der Basis von Silicon-On-Insulator".Realisierung und Charakterisierung der neuen Raman-Komponenten erfolgtin Zusammenarbeit mit den anderen Mitgliedern, namentlich mit demFachgebiet "Hochfrequenztechnik - Photonics" der TU Berlin sowie denInstituten "Mikrosystemtechnik" und "Optische und ElektronischeMaterialien" der TUHH.

• 2-03.230V
  M. Krause, H. Renner, E. Brinkmeyer, S. Fathpour, D. Dimitropoulos, V. Raghunathan, B. Jalali: "Efficient Raman Amplification in Cladding-Pumped Silicon Waveguides", 3rd International Conference on Group IV Photonics, Ottawa, Canada, 13-15 September, Paper P6, 2006.
• 2-03.233V
  M. Krause, H. Renner, E. Brinkmeyer: "Polarization-Dependent Curvature Loss in Silicon Rib Waveguides", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (Special Issue on Silicon Photonics) 12, No. 6, pp. 1359-1362, 2006.
• 2-03.234V
  M. Krause, R. Draheim, H. Renner, E. Brinkmeyer: "Cascaded Silicon Raman Lasers as Mid-Infrared Sources", Electronic Letters, Vol. 42, No. 21, pp. 1224-1226, 2006.

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• Silicon-on-Insulator (SOI)