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Clusterreport Optik & Photonik

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Clusterreport Optik und Photonik | Photonik für Kommunikation und Sensorik 66 Einzelphotonenquelle für Quantenexperimente © AG Benson, HU Berlin Auf der anderen Seite arbeitet die Gruppe an neuen Quantentechnologien, wie einzelnen Quantenlichtquellen an Rastersonden für die hochauflösende Spektroskopie und Mikroskopie. Weiterhin wurden Photonenquellen und Algorithmen für eine prinzipiell abhörsichere optische Datenübertragung (Quantenkryptographie) entwickelt. Zusammen mit lokalen Partnern aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industrie wurden diese neuen Ansätze bereits in Teststrecken und Demonstratoren implementiert. logien geforscht. Für zukünftige Quantensysteme spielen hochstabile Halbleiterdioden eine wesentliche Rolle. Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist nicht zuletzt im Bereich moderner Quantenkomponenten sehr aktiv. Gemeinsam mit der Humboldt-Universität zu Berlin arbeitet man an modernsten Lasertechnologien. 2017 gelang mit ihrer Technik erstmals die Erzeugung eines besonderen Materiezustands – eines sogenannten Bose-Einstein-Kondensats – an Bord einer Höhenforschungsrakete. Mit diesen und weiteren Quantentechnologien sollen quantenoptische Sensoren und andere Komponenten für abhörsichere Kommunikation sowie Quanten-Simulation, quantenunterstützte Bildgebung sowie Spektroskopie erforscht werden. Für die quantenoptischen Anwendungen sind kohärente Strahlungsquellen von besonderer Bedeutung, für Weltraumtechnologien darüber hinaus Robustheit und Ausfallsicherheit. Das FBH ist hier aktiv von der Entwicklung spezieller Laserchips über die hybride Mikrointegration bis hin zur Begleitung in die Anwendung. www.physik.hu-berlin.de/de/nano Am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Berlin entwickelt und erforscht die Arbeitsgruppe Optoelektronik und Quantenbauelemente von Prof. Stephan Reitzenstein nanophotonische Bauelemente auf Basis von Halbeiter-Heterostrukturen. Ein Schwerpunkt der Arbeiten bildet die Studie und gezielte Anwendung der Licht-Materie-Wechselwirkung im quantenoptischen Regime, die neuartige Funktionalitäten in Quantenbauelewww.fbh-berlin.de Die Arbeitsgruppe Nano-Optik von Prof. Oliver Benson an der Humboldt-Universität zu Berlin beschäftigt sich mit den Grundlagen der Licht-Materie-Wechselwirkung. Einerseits untersucht man Quantenemitter in Festkörpern, die einzelne Photonen erzeugen oder miteinander austauschen. So lassen sich Aussagen der Quantenphysik mit der enormen Präzision optischer Methoden überprüfen. Besonders wichtige Phänomene sind die Verschränkung, der Welle-Teilchen-Dualismus oder andere Quantenparadoxa wie der Quanten-Zeno-Effekt. Experiment zur Messung des Quanten-Zeno-Effekts © AG Benson, HU Berlin

67 Clusterreport Optik und Photonik | Photonik für Kommunikation und Sensorik Bereich der Kommunikation ist es insbesondere die Quantenkryptographie. Hier wird an Konzepten gearbeitet, effiziente Repeater zu ermöglichen. Element aus einem integrierten quantenoptischen Chip © TU Berlin/AG Optoelektronik menten ermöglicht. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Einzelphotonenquellen für die Quantenkryptographie. Hierzu werden mittels der in der Arbeitsgruppe eigens entwickelten und weltweit einzigartigen In-situ-Elektronenstrahllithographie einzelne Halbleiterquantenpunkte in nanophotonische Strukturen integriert und bezüglich ihrer Emissionseigenschaften optimiert. Weitere Arbeiten zielen auf die integrierte Quantenphotonik und auf ultimative Mikro- und Nanolaser mit verschwindender Laserschwelle ab. Letztere sind nicht nur aus Sicht der Grundlagenphysik sehr interessant, sondern können auch als nanophotonische Hardwarekomponenten im Bereich des neuromorphen Rechnens Einsatz finden. Wichtige Pionierarbeit auf dem Gebiet moderner Faseroptiken leistet der Technologieverbund PolyPhotonics Berlin. Elf Unternehmen und drei Forschungseinrichtungen aus der Region Berlin Brandenburg haben sich in diesem regionalen Kompetenznetz zusammengeschlossen, um optische Komponenten auf Polymerbasis zu entwickeln. Im Zentrum steht ein hybrid-optischer „Baukasten“ als Technologieplattform, auf dessen Basis sich unterschiedliche Baugruppen flexibel und modular konstruieren lassen. Der zentrale Chip mit optischen Wellenleitern aus Polymermaterial kann weitere passive Elemente wie Glasfasern, Dünnschichtfilter oder Mikrooptiken sowie aktive Bauelemente wie Fotodioden oder Laserchips aufnehmen. Die verschiedenen Projektpartner bringen ihre jeweilige Expertise ein, sodass sich die Plattform sowohl in den Bereichen Telecom und Datacom sowie in der Analytik und Sensorik nutzen lässt. www.polyphotonics-berlin.de www.ifkp.tu-berlin.de/menue/arbeitsgruppen/ag_reitzenstein Neue Modulationsverfahren steigern Übertragungskapazität in Glasfasernetzen Ebenfalls in Berlin vertreten ist ADVA Optical Networking SE. Das Telekommunikationsunternehmen hat in den letzten Jahren starke Zuwachsraten verzeichnet und gehört auf dem DCI-Markt (Data Center Interconnect) zu Auch bei optischen Datennetzen gilt nicht immer die Devise: „Viel hilft viel“. Am Fraunhofer HHI werden bestehende Datenverbindungen zwischen Kontinenten analysiert und im Labor nachgebildet. Wurde früher das Licht in der Faser lediglich schnell an und ausgeschaltet und mit jedem Puls ein Bit übertragen, werden heute unter Nutzung von Phasen- und Amplitudenmodulation vier Bit und mehr in der gleichen Zeit übertragen. In der Praxis muss dabei oft ein Kompromiss aus schneller Datenübertragung und geringen Kosten gefunden werden. An den robusten, schnellen Verfahren des Fraunhofer HHI besteht weltweit Interesse – kann doch die Installation eines neuen interkontinentalen Unterseekabels schnell mit Kosten von mehr als einer Milliarde Euro verbunden sein. Firmen und Institute arbeiten jedoch auch daran, Quantentechnologien auf der Erde anwendbar zu machen. Im Optische Flexline © Fraunhofer HHI

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