Polarisationsselektive Nanoantenne Optische Nanoantenne als De-Multiplexer

Forscher der Universität Jena haben erstmals optische Nanoantennen als kompakte (De)Multiplexer für die optische Übertragung von Datenströmen genutzt. Das von ihnen entwickelte System aus Wellenleiter und integrierter Nanoantenne selektiert optische Telekommunikationssignale fast ohne Bitfehler.

Optische Nanoantennen sind schon länger Gegenstand der Forschung. Ihre Integration in optische Schaltkreise ist aber noch weitestgehend Neuland. Physiker des Instituts für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena widmeten sich in den letzten zwei Jahren diesem Thema. In dieser Zeit entwickelten und fertigten sie auf Silizium-Wellenleiter integrierte Nanoantennen und untersuchten die Eigenschaften solcher Systeme in Bezug auf die Verarbeitung von optischen Signalen zur Datenübertragung. Gemeinsam mit Forschungskollegen vom Leibnitz-Institut für Photonische Technologie in Jena, der Technischen Universität Darmstadt und der Australian National University veröffentlichten sie kürzlich die ersten Ergebnisse ihrer Arbeit im Fachmagazin Science Advances.

Ihnen gelang erstmals das selektive Einkoppeln von optischen Schwingungsmoden mit einer integrierten Nanoantenne. Wird zirkular polarisiertes Licht über die Antenne in einen Wellenleiter eingekoppelt, leitet sie die horizontal polarisierten Anteile in eine Richtung des Wellenleiters und die vertikal polarisierten Anteile in die entgegengesetzte Richtung. Dass sich Nanoantennen für solche Zwecke theoretisch nutzen lassen, ist prinzipiell nicht neu. Unklar blieb bis zur Veröffentlichung der Jenaer aber, ob diese Fähigkeit auch nach dem Prozessieren der Antennen auf einen dielektrischen Wellenleiter erhalten bleibt.

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Photonische Nanoantennen

Anwendung und Aufbau

Auf die Datenübertragung wirken sich die Elemente nicht nennenswert negativ aus: Ein mit 10 GHz moduliertes optisches Signal (Peak-Wellenlänge 1550 nm) wies durch das Zwischenschalten einer Nanoantenne keine nachweisbar höhere Bitfehlerrate auf. Anwendungsfälle ergeben sich den Forschern zufolge als Schlüsselelemente in der optischen On-Chip-Datenübertragung. Die Fertigung von optischen Multiplexern bzw. De-Multiplexern könne mit Nanoantennen deutlich kompakter als bisher erfolgen. Für die Konstruktion von optischen Schaltkreisen, die komplexe Signalverarbeitungsfunktionen übernehmen können, ist die Kopplungseffizienz zwischen Lichtsender und den Nanoantennen allerdings noch zu gering. Der untersuchte Prototyp erzielte zwischen 3 und 4 Prozent Kopplungseffizienz.