Am 6. November 2025 veröffentlichten Forscher des JQI ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift *Science*. Ihr neu entwickelter und getesteter Chip wandelt Licht einer einzigen Farbe zuverlässig in drei verschiedene Farbtöne um, ohne dass aktive Eingaben oder aufwendige Optimierungen erforderlich sind. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber bisherigen Methoden dar. Diese neuartigen Chips sind photonische Bauelemente, die einzelne Photonen steuern sowie Photonenströme trennen, leiten, verstärken und interferieren können.

Die Herstellung solcher Chips birgt zahlreiche Herausforderungen. Die Erzeugung neuer Lichtfrequenzen erfordert spezielle nichtlineare Wechselwirkungen, die jedoch typischerweise schwach sind. Darüber hinaus müssen bei der Entwicklung photonischer Chips Frequenz-Phasen-Anpassungsbedingungen erfüllt werden. Das bedeutet, dass der nichtlineare Resonator gleichzeitig die ursprüngliche Frequenz und deren doppelte Frequenz unterstützen muss und die Photonen im Resonator mit der gleichen Geschwindigkeit zirkulieren müssen. Unterschiede im Nanometerbereich zwischen Chips können diese feinen Parameter jedoch stören und das Design für die Massenproduktion ungeeignet machen.

In dieser neuen Studie entdeckten Xu, Mehrabad und Kollegen, dass zuvor verwendete Resonator-Arrays die Wahrscheinlichkeit, die Frequenz-Phasen-Anpassungsbedingungen zu erfüllen, passiv verbessern können. Sie testeten sechs verschiedene, auf demselben Wafer gefertigte Chips, die Laserlicht mit einer Standardfrequenz von 190 THz emittierten, und stellten fest, dass jeder Chip die zweite, dritte und vierte Harmonische erzeugte, die rotem, grünem und blauem Licht entsprechen. Im Gegensatz dazu wurde bei den drei Einzelring-Bauelementen selbst mit aktiver Kompensation durch integrierte Heizelemente die Erzeugung der zweiten Harmonischen nur in einem Bauelement und in einem engen Frequenzbereich beobachtet. Im Gegensatz dazu benötigt das Dual-Timescale-Resonator-Array keine aktive Kompensation und arbeitet in einem relativ breiten Eingangsfrequenzbereich.

Die Autoren weisen darauf hin, dass dieser Ansatz weitreichende Auswirkungen auf bereits in der integrierten Photonik angewandte Bereiche wie Metrologie, Frequenzumwandlung und nichtlineare optische Berechnung haben könnte, indem er langjährige Ausrichtungsprobleme passiv löst.

Weitere Informationen: Mahmoud Jalali Mehrabad et al., „Multi-timescale frequency phase matching for high-yield nonlinear photonics“, *Science* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Science*