Photonischer Baukasten Wenn Lichttechnik zur Systemintegration wird

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Auf der Photonics West 2026 zeigt das Berliner Ferdinand-Braun-Institut, wie sich photonische Komponenten zu einem modularen Baukasten entwickeln lassen. Das reicht von der Quantentechnologie bis hin zur industriellen Materialbearbeitung.

Die Photonik durchläuft derzeit eine Evolution: Der Trend geht von isolierten Einzelkomponenten zu integrierten, modularen Systemlösungen. Was in der Elektronikbranche mit System-on-Chip bereits seit Jahren praktiziert wird, hält nun auch in der Optik Einzug. Auf der Photonics West 2026 demonstriert das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) eindrucksvoll, wie ein photonischer Baukasten aussehen kann: mit Komponenten, die sich je nach Anwendung flexibel kombinieren lassen.

GaAs als universelle Plattform

Den Grundstein dieses Baukastens bildet eine monolithische, GaAs-basierte photonisch-integrierte Wellenleiterplattform. „Wir haben On-Chip-Verstärkung mit passiven, flach- und tiefgeätzten Wellenleitern kombiniert“, erklärt ein Experte des FBH. Das Ergebnis: Ringresonator-gekoppelte Laser für den Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1.180 nm. Sie eignen sich für Quantenphysik, Spektroskopie und Biosensorik.

Besonders interessant für die Quantentechnologie: Die Berliner Forscher haben den Wellenlängenbereich GaAs-basierter Laser bis auf 614 nm erweitert. Diese spezifische Wellenlänge ermöglicht das Zurücksetzen von Barium-Ionen in Quantencomputern. Das ist ein kritischer Baustein für die aufkommende Quantum-Computing-Industrie.

Hochleistung trifft Miniaturisierung

Der Baukasten zeigt seine Vielseitigkeit besonders bei Hochleistungsanwendungen. Das SAMBA-Lasersystem des FBH liefert 1 kW Dauerstrichleistung bei 780 nm und ist optimiert für die Aluminiumbearbeitung. Parallel dazu erreichen die Entwickler mit schmaleren Streifenbreiten und kürzeren Resonatoren eine CW-Umwandlungseffizienz von 50 % und verdoppelten die CW-Leistungsdichte auf 2 kW/mm².

Am anderen Ende des Spektrums stehen die kompakten MiLas-Module: Sie messen 125 mm x 75 mm x 23 mm bei einem Gewicht von 750 g und liefern über 500 mW bei einer Linienbreite unter 1 kHz. 55 dieser Module fertigt das FBH aktuell für Quantenexperimente auf der ISS und sie sind damit ein Beleg für die Weltraumtauglichkeit des Systems.

Isolatoren und 3D-Integration

Optische Isolatoren sind oft der Flaschenhals in photonischen Systemen. Das FBH hat hier eine Technologieplattform entwickelt, die in weniger als 0,5 ml Volumen einen Wellenlängenbereich von 400 bis 950 nm abdeckt. Mit über 30 dB Isolation und mehr als 70 % Transmission schließen diese Komponenten eine Marktlücke und ermöglichen neue Anwendungen in kompakten Quantensystemen.

Das Besondere an 3D-gedruckter Hochleistungskeramik. Eine optische Frequenzreferenz (OFR) auf einem additiv gefertigten Aluminiumoxid-Substrat zeigt, wie sich komplexe optische Systeme mit einem Volumen von nur 6 ml und einem Gewicht von 15 g realisieren lassen. Die vibrations- und temperaturstabilen Strukturen eröffnen völlig neue Möglichkeiten für mobile Quantensensoren.

Von der Forschung in die Praxis

Der photonische Baukasten des FBH zeigt bereits heute praxistaugliche Anwendungen:

• Industrielle Materialbearbeitung: 3D-Druck von Metallstrukturen mit dem SAMBA-System.

• Weltraumtechnologie: ToF-Lidar-Module mit einer Pulsleistung von 2.000 W für autonome Systeme.

• Quantentechnologie: Vom optisch gepumpten Magnetometer (7 ml) bis zu Nanosatelliten-Isolatoren.

• Trägheitsfusion: Pumplaser mit Multi-Junction-Technologie für IFE-Anlagen.

Ausblick: Modulare Photonik

Die Entwicklung zeigt einen klaren Trend: Photonische Systeme werden zunehmend modular und integriert. Statt monolithischer Einzellösungen entstehen Baukästen, die sich applikationsspezifisch konfigurieren lassen. Die 3D-Druck-Technologie für optische Komponenten könnte dabei zum Game Changer werden, ähnlich wie additive Fertigung bereits die Elektronikprototyping verändert hat. (heh)

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