Experimentelle Parameterstudie von thermisch abstimmbarenn Mach-Zehnder-Schaltern
Das optimierte thermisch abstimmbare Mach-Zehnder-Interferometer wurde mit zwei Multimode-Interferometern, einem Titanium-Heizer und Gitterkopplern realisiert und auf einem Silizium-auf-Isolator-Substrat gefertigt.
Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) sind zentrale Bauelemente moderner photonischer Schaltungen – mit Anwendungen in Bereichen wie optischem Computing, künstlicher Intelligenz, Sensorik und Quantenoptik. Für diese Anwendungen sind zunehmend komplexe Netzwerke aus MZIs erforderlich, die über große Frequenzbereiche hinweg effizient, verlustarm und mit geringem Energiebedarf arbeiten.
In einer aktuellen Studie zeigen Jens Samland und Kolleg:innen, dass sich auf Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substraten präzise abstimmbare MZIs mit einem CMOS-kompatiblen Fertigungsprozess realisieren lassen. Die Ergebnisse wurden in Optics Continuum veröffentlicht und aufgrund ihrer wissenschaftlichen Qualität als Editor’s Pick hervorgehoben.
Im Fokus der Arbeit steht eine umfassende experimentelle Parameterstudie zur Optimierung der thermischen Abstimmung. Dabei wurde untersucht, wie der Abstand zwischen dem Heizelement und dem Interferometer sowie die Breite des Heizers die Heizleistung und Schaltgeschwindigkeit beeinflussen. Zusätzlich wurde analysiert, wie sich die Grundfläche des Interferometers auf dessen Leistungsfähigkeit auswirkt.
Die experimentellen Ergebnisse stimmen sehr gut mit Simulationen überein, die mithilfe von Ansys Lumerical durchgeführt wurden. Die Studie zeigt die technische Machbarkeit einer skalierbaren Herstellung thermisch abstimmbarer MZIs mit hoher Effizienz und reproduzierbaren Eigenschaften – ein wichtiger Beitrag zur Weiterentwicklung integrierter photonischer Systeme.
Gefördert wurde diese Forschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Projekte QSPEC und NeuroSys Cluster.
Bibliographische Informationen
„Experimental parameter study of thermally tunable Mach-Zehnder switches“
Jens Samland, Bartos Chmielak, Jens Bolten, Stephan Suckow, Thorsten Wahlbrink, and Max C. Lemme
Optics Continuum 2025
https://opg.optica.org/optcon/fulltext.cfm?uri=optcon-4-3-561&id=568662
