Einem Forschungsteam der Universität Sydney ist ein Durchbruch im Bereich der Mikrochip-Laser gelungen. Durch das Ätzen winziger Strukturen im optischen Resonator konnten parasitäre Moden in Brillouin-Lasern erfolgreich unterdrückt werden. So wurde reines Licht mit einem extrem schmalen Spektrum erzeugt. Diese in APL Photonics veröffentlichte Entdeckung eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in Quantencomputern, fortschrittlichen Navigationssystemen, ultraschnellen Kommunikationsnetzen und Präzisionssensoren.

Brillouin-Laser sind für ihre hohe Lichtreinheit bekannt, doch parasitäre Moden, die durch das Brillouin-Kaskadenphänomen entstehen, schränken ihr Anwendungspotenzial ein. Das Team der Universität Sydney nutzte „photonisches Bandlücken-Engineering“, um nanoskalige Strukturen im Laserresonator abzutragen und so präzise „Totzonen“ zu schaffen, die die Bildung parasitärer Moden verhindern. Diese sogenannten Bragg-Gitter erhöhten die minimale Schwellenleistung des Brillouin-Lasers um das Sechsfache und die Leistung des Lasers bei der Grundfrequenz um das 2,5-Fache, wodurch die Leistung des Bauelements deutlich verbessert wurde.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Rekonfigurierbarkeit der Bragg-Gitter. Forscher können Bragg-Gitter allein mit Lasern beschreiben, löschen und neu abstimmen, ohne die Bauelemente neu herstellen zu müssen. Dadurch lassen sich Chip-Laser bedarfsgerecht für rauscharmen Einmoden- oder Mehrmodenbetrieb programmieren. „Dies ist ein universelles Framework zur Steuerung optischer Prozesse auf photonischen Chips“, sagte Ryan Russell, Doktorand am Nano-Institut der Universität Sydney. Professor Ben Eggleton, Leiter der Forschungsgruppe an der Universität Sydney, betonte, dass die Möglichkeit, die interne Zustandsdichte des Resonators zu steuern, den Weg zu völlig neuen Lichtquellentypen und anderen fortschrittlichen photonischen Technologien ebnet.

Diese Forschung löst nicht nur langjährige Probleme mit Brillouin-Lasern, sondern eröffnet auch einen neuen Weg zu ultrastabilen, leistungsstarken und rauscharmen Chip-Lasern für Quanten- und Kommunikationstechnologien der nächsten Generation. Dr. Merklein betont, dass diese neue Kontrollmöglichkeit angesichts der zunehmenden Komplexität optischer Systeme auf Mikrochips von entscheidender Bedeutung ist und diese Bauelemente zu beispiellosen Leistungsniveaus treibt.

Weitere Informationen: Ryan L. Russell et al., „Brillouin Laser Cascade Suppression in Reconfigurable Bragg Grating Microresonators“, APL Photonics (2025). Zeitschrifteninformationen: APL Photonics