Nanophotonik: Faser-Chip-Kopplung

AMO GmbH ist Projektpartner eines neuen ZIM-Verbundprojektes mit dem Namen „Faser-Chip-Kopplung“. Projektpartner sind neben der AMO GmbH die Firma LightFab GmbH aus Aachen sowie die Firma Aifotec AG aus Meiningen.

Das Ziel des Projekts ist es, eine mögliche Lösung für ein zentrales Problem der integrierten Silizium-Photonik zu demonstrieren. Die integrierte Photonik ist auf gutem Weg, für optische Komponenten eine ähnliche Revolution auszulösen wie sie die Erfindung des Mikroprozessors für die Elektronik in den 1970’er Jahren erreicht hat. Der Schlüssel zu diesem Erfolg war die Integration diskreter Bauelemente wie z.B. Transistoren und Dioden auf Mikrochips in der Größe von Centstücken. Neben massiven Vorteilen im Bereich der Kosten und des Platzbedarfs versprechen die neuen Lösungen der integrierten Photonik eine höhere Stabilität und Zuverlässigkeit der Bauteile, da die Einzelkomponenten nicht mehr zueinander ausgerichtet werden müssen. Dies erlaubt wiederum die Integration von mehr Komponenten, um deutlich komplexere Funktionalitäten realisieren zu können.
Die extrem kompakten Abmessungen der photonischen Silizium-Bauelemente werden jedoch zum Nachteil, sobald die Chips an die Außenwelt mithilfe von Glasfasern angekoppelt werden. Diese optische Anbindung erfolgt über Gitterkoppler, welche das Licht mittels Interferenz an nanoskaligen Subwellenlängen-Strukturen nahezu senkrecht zur Ebene der Chips beugen. Für eine effiziente Kopplung müssen Glasfasern in sechs Achsen entsprechend genau ausgerichtet und angebracht werden. Selbst mit der Zusammenfassung mehrerer Glasfasern zu einem vorgefertigten Array entstehen momentan ca. 80 % der gesamten Kosten für Silizium-Photonik-Lösungen durch die Verpackung der Chips.
Das im März 2017 gestartete Verbundprojekt Faser-Chip-Kopplung hat das Ziel, dieses Problem mit einem neuen Ansatz zu lösen. Den Kern der Idee bildet eine Montagehilfe in Form eines hochpräzisen von LightFab gefertigten und durch AMO verbesserten monolithischen Glasblocks mit passiver Optik. Dieser soll es erstmals ermöglichen, die Fasern temperaturstabil in der Ebene der Chips erst am Ende des Verpackungsprozesses zu montieren. Dies ermöglicht eine signifikant günstigere, automatische Handhabung der Bauteile.
Das Verbundprojekt „Faser-Chip-Kopplung“ wird durch das BMWi im Rahmen der Förderinitiative „ZIM – Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ mit einem Projektvolumen von insgesamt 0,59 Mio € gefördert.
   
Skizze der Montagehilfe in Blau mit eingelegten Glasfasern in Rot. Als beispielhafter photonischer Chip wurde ein im Rahmen des ActPhast Projekts erstelltes Design gewählt.
http://www.actphast.eu/technology-platform/tp-6-inp-based-photonic-integrated-circuits-pics-or-chips