Das EU-Horizon-2020 Forschungsprojekt 3PEAT, an dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts maßgeblich beteiligt sind, startete Anfang Januar 2018 mit einer Auftaktveranstaltung in Athen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Integrationsplattform auf PolyBoard- und TriPleX-Basis mit geringen optischen Verlusten, hoher Funktionalität und hoher Integrationsdichte für Anwendungen in der Nachrichtentechnik (optical switching) und Sensorik (remote sensing).
Die Abteilung Photonische Komponenten am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut ist Teil des internationalen Konsortiums, welches sich aus zwei weiteren Forschungsinstituten (Institute of Communications and Computer Systems ICCS, Universität Twente) und sechs Unternehmen (Optagon Photonics, LioniX, SolMateS, Cordon Electronics Italia, Mellanox und Polytec) zusammensetzt. Die Koordination des Konsortiums übernimmt das ICCS in Athen.
Über einen Zeitraum von drei Jahren soll das Projekt die Darstellung der gesamten Verwertungskette zur Herstellung und Vermarktung von komplexen optischen Schaltmatrizen und Remote Sensing-Modulen auf Basis der neuartigen 3D-Plattform ermöglichen.
Eine der Hauptaufgaben innerhalb des Projekts ist die Entwicklung einer photonischen 3D-Integrationsplattform, die auf der PolyBoard-Technologie des Fraunhofer HHI basiert und mehrere übereinanderliegende Wellenleiterschichten verwendet, die über optische Vertikalkoppler miteinander verbunden sind. Hierdurch gelingt es erstmals, Integrationsdichte und Funktionalität in die dritte Dimension zu erweitern. Darüber hinaus wird 3PEAT diese neuartige 3D-Technologie mit der bewährten Siliziumnitrid-Plattform TriPleX der Firma LioniX kombinieren. Es soll eine Methodik entwickelt werden, die es ermöglicht die 3D-PolyBoards des Fraunhofer HHI direkt auf die TriPleX-Wafer der Firma LioniX zu prozessieren.
Durch die Nutzung dieser 3D-Integrationsplattform kann das 3PEAT-Konsortium neuartige optische Schalt- und Sensormodule entwerfen und herstellen. Die Forschungsgruppe Hybrid PICs des Fraunhofer HHI konnte bereits erste vielversprechende Zwischenergebnisse erzielen.
Die Integrationsplattformen PolyBoard und TriPlex werden im Rahmen von 3PEAT individuell erweitert. Die Kombination der beiden Plattformen und ihrer jeweiligen Vorteile ermöglicht sowohl die Erschließung neuer Märkte als auch die Eröffnung völlig neuer Marktchancen. Dieses Vorgehen ermöglicht ein maßgeschneidertes Angebot optischer Chip-Lösungen für die speziellen Anforderungen der jeweiligen Industriepartner.
Madeleine Nuck, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer HHI, hat im Rahmen des Projekts einen vertikalen MMI-Koppler mit einer Koppeldämpfung von lediglich 1,0 dB entwickelt und erfolgreich hergestellt. Der für die 3D-Integration optimierte Herstellungsprozess garantiert darüber hinaus eine hohe Präzision in der Schichtdickenkontrolle und einen vernachlässigbar seitlichen Versatz von weniger als 200 nm beim Aufbau der Mehrschichtsysteme im Reinraum.
Hauke Conradi, ebenfalls wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer HHI, hat den weltweit ersten mikro-optischen Isolator auf Polymerbasis entworfen und hergestellt, der durch die hybride Integration eines Faraday-Rotators in die PolyBoard-Plattform des Fraunhofer HHI ermöglicht wird. Mit einer Isolation von mehr als 20 dB über 80 nm Bandbreite bei einem Spitzenwert von 33 dB, ermöglicht dieses neuartige Bauelement erstmals die gleichzeitige Realisierung von hoher Isolation und großer Bandbreite in integrierter Optik.
Damit setzt das Institut gezielt auf Nachwuchsförderung: Auf den Gebieten „Photonische 3D-Integration“ und „Mikro-optische Bank/Zirkulator“ sind Promotionen im Anschluss an das 3PEAT-Projekt geplant.