Kontrollierte Lichtausbreitung in nanometerskaligen III/V-Halbleiterstrukturen auf Basis gekrümmter photonischer Drähte und abstimmbarer photonischer Kristalle

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Die rasant steigende Datenübermittlung in optischen Netzwerken stellt neue Herausforderungen an die Netzinfrastruktur und erfordert Leistungssteigerungen bei gleichzeitiger Miniaturisierung. Ein möglicher Schritt ist die monolithische Integration mehrerer Baugruppen zu einem einzigen Bauteil, was hohe Integrationsdichten und Effizienzsteigerungen verspricht. Zwischen Laserdioden und Photodioden sind gekrümmte Wellenleiter, Strahlteiler und Filter zur Signalleitung nötig. Hochkompakte, verlustarme gekrümmte photonische Drähte zur Lichtumlenkung aus tiefgeätzten Stegwellenleitern auf Galliumarsenid-Heterostrukturen unterstützen diese Ansätze. Auf nur 1 µm² lässt sich eine Transmissionsrate von 95 % über einen breiten Spektralbereich um 1.55 µm realisieren, was einer Dämpfung von über 0.2 dB entspricht. Eine Transmission von 99 % (0.05 dB Dämpfung) ist mit größeren Bauteilen erreichbar. Die Transmission hängt stark vom Bauteildesign ab, was durch FDTD-Berechnungen bestätigt wird. T-förmige Strahlteiler aus zwei viertelkreisförmigen Umlenkstrukturen garantieren symmetrische Strahlaufteilung mit geringen Verlusten von 1.4 dB pro Kanal. Eine externe kontrollierte Lichtführung ist mit abstimmbaren zweidimensionalen photonischen Kristallen möglich, indem Luftzwischenräume mit Flüssigkristallen gefüllt werden. Temperaturänderungen beeinflussen gezielt den Brechungsindex, was zu Resonanzverschiebungen in den Mikroresonatoren führt. Pola