Multiphotonenlithographie- und -messsystem

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468910972

Für die Untersuchung von nichtlinear optischen Frequenzsgenerationsprozessen in Mikro- und Nanostruturen der siliziumbasierten Photonik soll ein auf einem Mikroskop basierendes Messsystem entstehen, dass darüberhinaus die Möglichkeit bietet nanophotonische Strukturen mittels Multiphotonenpolymerisation lithographisch zu erzeugen. Die Zwei- oder Multiphotonenpolymerisation soll dabei insbesondere für die Herstellung von effizienten Lichtein- und auskoppelstrukturen sowie zur lokalen Strukturierung photosensitiver Chalcogenidgläser genutzt werden. Die Untersuchung der nichtlinearen Frequenzgenerationsprozesse wie Frequenzverdoppelung, Vier-Wellenmischen und elektrisch induzierte Summenfrequenzerzeugung an strukturierten Oberflächen, Dünnschichten, Wellenleitern sowie Mikro- und Nanoresonatoren soll im nahen und mittleren Infrarot erfolgen. Die Anregung der Prozesse im mittleren Infrarot bei Wellenlängen oberhalb von 2200nm ist dabei von besonderem Interesse, um die starke Zwei-Photonen-Absorption im Silizium zu umgehen. Grundsätzlich sollen verschiedene Anregungslaser für verschiedene Experimente in das Mikroskop eingekoppelt werden. Im Rahmen dieses Antrags soll aber insbesondere ein durchstimmbares CW-Lasersystem mit äußerst geringer spektraler Linienbreite im nahen und mittleren IR zur gezielten Anregung von Resonanzen mit hohen Q-faktoren (1000 bis 100 000) beschafft werden .Das modular aufgebaute, aufrechte Mikroskop wird dabei Messungen in Reflexions- und Transmissionsgeometrie erlauben. Dabei sollen die Anregungslaser durch das Mikroskop-Objektiv gezielt in on-chip Wellenleiter eingekoppelt werden können. Das in der Probe erzeugte Licht kann dann an anderer Probenposition ausgekoppelt und mit Hilfe desselben Objektivs wieder eingesammelt werden. Die simultane Anordnung von Ein- und Auskoppelposition im selben Bildfeld des Mikroskops erlaubt es dabei, unter Hellfeldbeobachtung Laserein- und auskopplung gezielt auf der Probe zu positionieren. Dadurch werden die experimentellen Messungen deutlich erleichtert und beschleunigt. Zudem wird durch die Nutzung spezieller Einkoppelstrukturen eine Erhöhung der eingekoppelten Laserintensität angestrebt, was für die Beobachtung nichtlinear optischer Effekte besonders wichtig ist.Insgesamt ermöglicht das System eine Vielzahl von nichtlinear optischen Untersuchungen an Mikro- und Nanostrukturen und der modulare Aufbau erlaubt eine hohe Flexibilität für zukünftige Anpassungen und Erweiterungen. Die Nutzung etablierter, robuster Mikroskop-Komponenten garantiert dabei zuverlässige, reproduzierbare und schnellere Messungen. Die Anschaffung des durchstimmbaren Lasers erlaubt die effiziente Anregung nichtlinear optischer Frequenzgeneration im mittleren IR in Silizium und hybriden photonischen Strukturen und erweitert somit die bestehenden experimentellen Möglichkeiten entscheidend.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Multiphotonenlithographie- und -messsystem
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
• Leiter: Professor Dr. Jörg Schilling