Femtochip: auf dem Weg zu innovativen Lasern

10. Dezember 2020

Foto: CFEL / Neetesh Singh

Größenvergleich: Der kleine Strich, auf den der Pfeil zeigt, ist ein Chip, der mit bis zu zehn Femtosekundenlasern ausgestattet werden kann. Der blaue Kasten dagegen ist ein einzelner konventioneller Laser.

Femtosekundenlaser sind aus der Forschung nicht mehr wegzudenken. Mit ihrer Hilfe lassen sich ultraschnelle Prozesse in Materialen und Molekülen untersuchen und ihr Potenzial für Anwendungen in so verschiedenen Bereichen wie optischer Telekommunikation, Quantentechnologien oder optischer Spektroskopie ist groß. Allerdings sind diese Laser traditionell relativ groß und recht teuer. Ein Team um Franz Kärtner, Leitender Wissenschaftler bei DESY und Professor an der Universität Hamburg, Tobias Herr und Neetesh Singh vom CFEL mit industriellen und akademischen Partnern aus vier Ländern hat sich vorgenommen, die gleiche Funktionalität viel kleiner und kostengünstiger zur Verfügung zu stellen: auf einem Mikrochip. Dafür erhält das Team finanzielle Unterstützung von der Europäischen Kommission.

In der Förderperiode von drei Jahren erhält das Konsortium rund 3,4 Millionen Euro aus Brüssel. Das Geld kommt aus dem heiß umkämpften EU-Topf „Future Emerging Technologies“, der interdisziplinäre Forschungsprojekte mit mutigen Zukunftsvisionen fördert, von denen man sich technologische Durchbrüche erhofft. „FEMTOCHIP“ ist DESYs erstes Projekt aus diesem Förderbereich.  

Die Basis für eine rauscharme und leistungsfähige Femtosekunden-Lasertechnologie

Tatsächlich sind bis zur Verwirklichung eines integrierten Kurzpulslasers auf einem Chip große Fortschritte in der Laserphysik, Mikrotechnologie und den Materialwissenschaften nötig, die das Team anstrebt. „Wenn wir schaffen, was wir uns mit dem „FEMTOCHIP“-Projekt vorgenommen haben, legen wir die Basis für eine rauscharme und leistungsfähige Femtosekunden-Lasertechnologie, die der Wissenschaft und Industrie dann für einen Bruchteil der üblichen Kosten zur Verfügung stehen wird”, sagt Franz Kärtner, der auch im Exzellenzcluster "CUI: Advanced Imaging of Matter" forscht. „Bruchteil ist hier wörtlich zu nehmen: wir hoffen, dass Femtochip-Laser nur etwa ein Prozent dessen kosten, was Forschungszentren im Moment für Lasersysteme ausgeben.“

Geballte Expertise eines Konsortiums

Das Konsortium besteht neben DESY aus der niederländischen University of Twente, Aalto University in Finnland, der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz und den Firmen LIGENTEC SA aus der Schweiz und EURA AG aus Deutschland. Die geballte Expertise von Expertinnen und Experten für ultraschnelle Lasertechnologie, Mikro-Integration, Materialwissenschaften und industrielle Anwendungen will gemeinsam die vielen technischen Hürden überwinden, die bisher Femtoskundenlaser auf Chips unmöglich gemacht haben. 

Die Laserblitze sollen später mit einer ultrahohen Präzision direkt auf dem Mikrochip produziert werden. Alles, was klein oder mobil sein muss und exakt getaktete Laserpulse braucht, könnte hiervon profitieren – zum Beispiel die Medizindiagnostik, mobile Umweltsensoren, Navigationssysteme und die Quantentechnologien. Text: DESY, red.