Probe station for active photonic devices

有源光子器件探针台

基本信息

  • 批准号:
    523089691
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2022-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Active photonic devices are key enablers for communication-, energy- or sensing-technologies. As examples, modulated light forms the backbone of the internet revolution and data centers, photovoltaics is a sustainable electrical energy source, and laser based sensing creates three-dimensional data for virtual reality and navigation applications. In the future, single photon systems will contribute to quantum technologies and ultraviolet light sources will clean our environment from viral or bacterial loads. Our research focuses on the development of novel semiconductor optoelectronic components, such as lasers, light emitting diodes (LEDs) or photodetectors. We derive and implement numerical models in order to analyze the light-matter interaction with multi-dimensional descriptions. The theoretical results are compared to structural and characterization data of existing devices, with the use of material parameters from ab-initio theory. This way, multiple projects with technology partners resulted in state-of-the-art specifications. While devices and structural data are available from technology partners, electro-optical characterization is only rudimentary in the majority of cases. However, comprehensive characterization is necessary in order to validate numerical models and understand the internal mechanisms of device operation. With this application, we aim to close this gap and plan to realize a probe station for active photonic devices. Comprehensive characterization shall be possible, such as spectral linewidths, wavelength spectra, beam properties, dynamic behaviours, single photon properties, and energy efficiencies. This leads to a systematic setup of both simulation and characterization, and a detailed comparison of calculated versus measured device properties. The validity and generality of our novel models can be evaluated and refined. In a subsequent step, they lead to design of future device generations. Current research includes the study of the electro-optical efficiency in lasers and LEDs in the material system Aluminum-Gallium-Nitride (AlGaN) for emission of ultraviolet (UV) light. Current efficiencies for UVC emitters are one order of magnitude lower than in blue or green devices in the same material system. A combination of injection efficiency, material fluctuations and optical absorption is responsible, however their individual contribution is unclear. Only a combination of characterization and simulation will clarify the root causes quantitatively. Another research direction currently pursued in our group is the realization of single photon and optical qubit sources for quantum information processing. Here, we participate in a project that aims to place luminescent molecules into a photonic crystal environment. The goal is to create a scalable quantum platform with a photonic system for information transfer. Theory needs to be complemented by measurements for optical coupling strengths or entanglement.
有源光子器件是通信、能源或传感技术的关键推动者。例如,调制光形成了互联网革命和数据中心的支柱,光电子学是一种可持续的电能源,基于激光的传感为虚拟现实和导航应用创建了三维数据。在未来,单光子系统将有助于量子技术,紫外线光源将从病毒或细菌负载中清洁我们的环境。我们的研究重点是新型半导体光电元件的开发,如激光器,发光二极管(LED)或光电探测器。我们推导并实现了数值模型,以分析与多维描述的光-物质相互作用。理论结果进行比较,现有设备的结构和表征数据,使用从头算理论的材料参数。通过这种方式,与技术合作伙伴的多个项目产生了最先进的规范。虽然可以从技术合作伙伴处获得设备和结构数据,但在大多数情况下,电光特性描述只是初步的。然而,为了验证数值模型并了解设备操作的内部机制,需要进行全面的表征。通过这项应用,我们的目标是缩小这一差距,并计划实现有源光子器件的探针站。应能够进行全面表征,如光谱线宽、波长谱、光束特性、动态行为、单光子特性和能效。这导致了一个系统的设置,模拟和表征,并详细比较计算与测量的设备属性。我们的新模型的有效性和通用性,可以评估和细化。在随后的步骤中,它们导致未来设备代的设计。目前的研究包括在用于发射紫外(UV)光的材料系统氮化铝镓(AlGaN)中的激光器和LED中的电光效率的研究。在相同的材料系统中,UVC发射器的电流效率比蓝色或绿色器件低一个数量级。注入效率、材料波动和光学吸收的组合是原因,但它们各自的贡献尚不清楚。 只有将表征和模拟相结合,才能定量地阐明根本原因。我们小组目前追求的另一个研究方向是实现用于量子信息处理的单光子和光学量子比特源。在这里,我们参与了一个旨在将发光分子放入光子晶体环境中的项目。我们的目标是创建一个可扩展的量子平台,并使用光子系统进行信息传输。理论需要通过测量光耦合强度或纠缠来补充。

项目成果

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