Effiziente Raman-Laser und -Verstärker in Silicon-on-Insulator
Lichtemittierende Bauelemente und mit Erbium-Faserverstärkern vergleichbare Komponenten würden der integrierten Optik in Silizium, die ansonsten in fast jeder Hinsicht ein äußerst attraktives Gebiet darstellt, einen gewaltigen zusätzlichen Schub verleihen. Aufgrund der indirekten Bandstruktur sind Bemühungen der Lichterzeugung wie bei III-V-Halbleitern oder auch durch Erbium-Dotierung bisher nur wenig erfolgreich. Deutliche Fortschritte bei der Lichterzeugung in Silizium zu erreichen, ist Ziel des vorliegenden Projektes. Es basiert auf stimulierter Ramanstreuung, einem Effekt, der in Glasfasern seit längerem bereits kommerziell genutzt wird, dessen Potential in Silizium aber erst im Jahre 2002 erkannt wurde. Allerdings finden in Silizium zusätzlich nichtlineare Absorptionsprozesse statt, die von Quarzglasfasern her nicht bekannt sind und deren Auswirkungen behoben oder gemildert werden müssen: die Zweiphotonenabsorption (Two-Photon Absorption, TPA), die zur Absorption des Pumplichtes und zur Erzeugung freier Ladungsträger führt, und die Absorption durch diese freien Ladungsträger (Free-Carrier Absorption, FCA), die besonders starke optische Verluste hervorruft. Ziel des Projektes ist die Realisierung neuartiger Raman-Laser und -Verstärker in SOI-Technologie, die sich durch gesteigerte Effizienz auszeichnen und Aussicht auf Abstimmbarkeit versprechen. Die Effizienzsteigerung soll vornehmlich durch Reduzierung der Free-Carrier Absorption (FCA) bewerkstelligt werden und diese wiederum durch geeignetes Wellenleiterdesign, durch Materialwahl, durch beidseitiges Pumpen und insbesondere durch verteilt transversal eingekoppelte Pumpleistung mittels eines "Raman-Kopplers". Das Projekt ist Teil der DFG-Forschergruppe "Aktive und abstimmbare mikrophotonische Systeme auf der Basis von Silicon-On-Insulator". Realisierung und Charakterisierung der neuen Raman-Komponenten erfolgt in Zusammenarbeit mit den anderen Mitgliedern, namentlich mit dem Fachgebiet "Hochfrequenztechnik - Photonics" der TU Berlin sowie den Instituten "Mikrosystemtechnik" und "Optische und Elektronische Materialien" der TUHH. Publikationen - 2-03.228V
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. - 2-03.231V
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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. - E-11.233V
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T. Lipka, A. Harke, O. Horn, J. Amthor, M. Krause, J. Müller: "Amorphous Silicon Spot-Size Converters Fabricated with a Shadow Mask", 5th International Conference on Group IV Photonics, Sorrento, Italy, 17-19 September, Paper ThP23, 2008. - E-11.248V
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M. Krause, H. Renner, E. Brinkmeyer:"Strong Enhancement of Raman-Induced Nonreciprocity in Silicon Waveguides by Alignment with the Crystallographic Axes", Applied Physics Letters, Vol. 95, No. 26, p. 261111, 2009.
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