Neue Harmonien in der Optoelektronik
Erzeugung Hoher Harmonischer in der Optoelektronik: künstlerische Darstellung des Erzeugungsprozesses der Hohen Harmonischen auf einem maßgeschneiderten Halbleitermikrochip. Eine ionenimplantierte Fresnel-Zonenplatte (weiße Ringe) ermöglicht die Erzeugung und gleichzeitige Fokussierung von ultravioletter Strahlung bei harmonischen Oberschwingungen der anregenden Laserfrequenz. Die in violett gezeigte Selbstfokussierung der harmonischen Strahlung ist eine dreidimensionale Darstellung der in der Studie veröffentlichten Daten. Bild: Murat Sivis
Einem deutsch-kanadischen Forscherteam ist ein viel versprechender technologischer Fortschritt in der Optoelektronik gelungen. Die Wissenschaftler der Universität Göttingen und des National Research Council Kanada in Ottawa konnten zeigen, dass sich die Erzeugung von laserartigem Licht durch lokale strukturelle oder chemische Veränderungen in Halbleitern beeinflussen lässt.
Ihre Ergebnisse könnten zur Entwicklung von neuartigen Bausteinen für optoelektronische Elemente zur kohärenten Erzeugung und Kontrolle von Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich führen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Science erschienen.
Das Forschungsgebiet der Optoelektronik untersucht die Manipulation von Lichtfeldern durch elektrische Felder in Kristallen, beispielsweise Silizium. Dadurch ist es unter anderem möglich, extrem kompakte, schnell schaltbare Lichtquellen auf Mikrochips herzustellen. Lichtwellen auf Mikrochips transportieren sehr schnell Informationen oder Energie auf winzigen Längenskalen. Auf dieser Basis lassen sich wiederum Halbleiterelemente für Anwendungen in der Grundlagenforschung oder Computertechnologie entwickeln.
Die Wissenschaftler erzeugten in ihrer Studie sogenannte „Hohe Harmonische“ (englisch High Harmonic Generation) in Halbleiterkristallen. Dabei werden ultrakurze, sehr intensive infrarote Laserimpulse in Licht kürzerer Wellenlängen umgewandelt, woraufhin sich auch die Farbe des Lichts verändert.
Dieser Effekt wurde bereits vor rund 30 Jahren in Gasen beobachtet, jedoch erst vor einigen Jahren auch in Festkörpern nachgewiesen. „Der Transfer der Hohen Harmonischen Technologie beispielsweise in Halbleitern wie Silizium ermöglicht ganz neue Wege, die erzeugte laserartige Strahlung aktiv zu kontrollieren“, erläutert der Leiter der Göttinger Forschergruppe Prof. Dr. Claus Ropers.
„Aufgrund unserer Studie lassen sich neue optoelektronische Elemente herstellen, die es uns erlauben, das erzeugte Licht direkt auf einem Mikrochip zu fokussieren oder anderweitig zu manipulieren“, erklärt Erstautor Dr. Murat Sivis von der Universität Göttingen. „Zusätzlich zur Demonstration der neuen Technologie deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die erzeugte kohärente Strahlung in der Erforschung von ultraschnellen Prozessen in Halbleiterschaltkreisen für Materialstudien oder zur Inspektion in der Halbleiterfertigung Verwendung finden könnte.“
Originalveröffentlichung: Murat Sivis et al. Tailored Semiconductors for High-Harmonic Optoelectronics. Science 2017. http://sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aan2395.
Kontakt:
Prof. Dr. Claus Ropers und Dr. Murat Sivis
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Telefon (0551) 39-4535
E-Mail: msivis@uni-goettingen.de
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