Integrierte Mikroresonator-stabilisierte Lichtquellen für die (Quanten-)metrologie
(iMiLQ) Juli, 2015

Im Rahmen des Vorhabens soll ein ultra-schmalbandiges Lasermodul realisiert werden, dessen Funktionsweise auf optischer Rückkopplung von einem externen Resonator beruht. Diese Lasersysteme liefern konzeptbedingt die höchste spektrale Stabilität aller Diodenlasersysteme überhaupt. Das dem Vorhaben zugrunde liegende Laserkonzept wurde, u.a. durch einen der Antragsteller, makroskopisch bereits realisiert und auch für die höchstauflösende Spektroskopie eingesetzt. Es ist allerdings wegen der mechanischen Komplexität des Aufbaus und der daraus resultierenden hohen Empfindlichkeit gegen Störungen von außen, und wegen der hohen Herstellungs- und Betriebskosten bisher nicht kommerzialisiert worden. Das Laserkonzept kann beschrieben werden als ein extended cavity Aufbau, bei dem der diskrete Endspiegel, in der Regel ein optisches Gitter, durch einen Resonator ersetzt wird. Dieser externe Resonator erhöht effektiv die Speicherzeit des optischen Feldes im Laser-Resonator, „emuliert“ somit eine sehr (einige Meter) lange extended cavity und reduziert so die Kurzzeitlinienbreite des Lasersystems. Die Empfindlichkeit der Diodenlaserfrequenz auf Stromrauschen des Laserkontrollers wird um 1 bis 2 Größenordnungen im Verhältnis zu marktüblichen extended cavity Diodenlasern reduziert.
Langfristiges Ziel der Antragsteller ist die Kommerzialisierung dieses Laserkonzeptes. Die Kommerzialisierung wird erst jetzt möglich, weil nur die Kombination von Mikroresonatoren mit monolithisch integriertem Wellenleiter (MIW) und hybrider Mikrointegrationstechnologie ein Systemdesign zulässt, das für den industriellen Einsatz hinreichend kompakt und robust ist, und bei dem die Hardware wirtschaftlich hergestellt werden kann. Das erste zentrale Forschungsziel des Vorhabens betrifft, ausgehend von den Arbeiten in AdMiRe, die Weiterentwicklung der SiO2/Si-Technologie für die Herstellung der MIW sowie für die Weiterentwicklung der MIW selber. Diese ersetzen dann als wellenleiter-basiertes, passives optisches Bauelement die diskret aufgebauten optischen Resonatoren makroskopischer Laserdesigns. Das zweite zentrale Forschungsziel betrifft die technische Realisierung eines hybrid mikro-integrierten Aufbaus in einem Butterflyähnlichen Gehäuse. Hier kann das Konsortium auf die von FBH und BFB bereits im Rahmen anderer Projekte entwickelte hybride Integrationstechnologie zurückgreifen. Dieses Projekt wurde kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).