Joint Labs

Dieses Joint Lab beschäftigt sich mit der Entwicklung innovativer Lichtemitter auf der Basis von Gruppe-III-Nitriden, insbesondere mit der Realisierung von Leuchtdioden (LEDs) im nahen und fernen UV und Diodenlasern für den blau-violetten und ultravioletten Spektralbereich. Partner des FBH im Joint Lab ist der Fachbereich Experimentelle Nanophysik und Photonik am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Berlin, der von Herrn Prof. Dr. Michael Kneissl geleitet wird.

Hier konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung von elektro-optischen Komponenten und hybrid mikrointegrierten Modulen, die kohärente Strahlung liefern oder deren Manipulation gestatten. Diese wird etwa für die Implementierung von quantenoptischen Sensoren oder Quantencomputern auf Basis von kalten Ionen oder neutralen Atomen benötigt. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf Lasern mit schmaler und ultra-schmalbandiger Emission, die auch für die kohärente Freiraumkommunikation und Lasermesstechnik relevant sind. Die Aktivitäten umfassen zudem F&E für Raumfahrtanwendungen.

Das Joint Lab wurde 2008 am FBH – damals unter dem Namen Joint Lab Laser Metrology – gegründet, um die Zusammenarbeit mit der Gruppe Optische Messtechnik an der Humboldt-Universität zu Berlin, zu stärken. Inzwischen umbenannt, dient es als Nukleus für den 2019 geschaffenen Forschungsbereich Integrierte Quantentechnologie.

Dieses Joint Lab arbeitet eng mit der gleichnamigen Gruppe an der Humboldt-Universität zu Berlin zusammen. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung integrierter Quantensensoren, die hochpräzise Spektroskopietechniken nutzen. Dazu werden atomare Ensembles verwendet, die bei Raumtemperatur oder lasergekühlt nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben werden. Sie nutzen hierbei die intrinsischen Eigenschaften quantenmechanischer Zustände und deren präzise Manipulation mit Laserlicht, um Messgeräte mit höchster Präzision zu realisieren. Damit lassen sich physikalische Größen wie Frequenz, Beschleunigung, elektrische oder magnetische Felder untersuchen. Die Aktivitäten beinhalten auch F&E für Raumfahrtanwendungen.

Joint Lab Diamond Nanophotonics arbeitet ebenfalls mit dem Institut für Physik der Humboldt-Universität zusammen. Die Arbeiten konzentrieren sich auf nanostrukturierte Diamantsysteme und -materialien, mit denen neuartige Konzepte zum Führen, Fangen und Manipulieren von Licht auf der Nano- und Mikroskala entwickelt werden sollen. Zudem soll eine starke Licht-Materie-Interaktion in Diamant erzeugt werden, wodurch einzelne Quantenspeicher effizient mit einzelnen Photonen gekoppelt, oder, genauer gesagt, verschränkt werden sollen. Quantenspeicher-Photonenverschränkung sowie Quantengatter bilden dann die Grundlage, um künftige Plattformen für die Quantenkommunikation zu implementieren, die sicherer und vielseitiger sind als die bisherigen klassischen Systeme.

Dieses Joint Lab ist eine Zusammenarbeit des FBH mit der Gruppe Grundlagen der Optik und Photonik der Humboldt-Universität zu Berlin. Im Fokus der Entwicklungen stehen robuste, auf optischen Chips basierende Quantenbauelemente, die direkt an Glasfasern gekoppelt werden können. Unter anderem sollen ultrastarke quantenoptische Nichtlinearitäten mit nanostrukturierten optischen Wellenleitern und Mikroresonatoren in einem Quantenchip co-integriert werden. So sollen die Grundlagen für eine skalierbare, quantenfähige optische Device-Technologie geschaffen werden, um etwa Bell-Zustands-Analysatoren für Quantenkommunikation über große Distanzen zu realisieren.

Dieses Joint lab arbeitet eng mit Herrn Prof. Dr. Viktor Krozer vom Goethe Leibniz Terahertz Center am Physikalischen Institut der Goethe Universität Frankfurt am Main (GUF), dessen Professur von GUF und FBH gemeinsam getragen wird. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit werden Terahertz-Technologien und komplexe System-on-Chip-Konzepte für Millimeterwellen-Systeme entwickelt, die den Anforderungen nach immer schnellerer Kommunikation, leistungsfähigen bildgebenden Verfahren und komplexen, anpassungsfähigen Schaltungen und Systemen gerecht werden.

Dieses Joint Lab kooperiert eng mit Herrn Prof. Dr. Nils Weimann von der Universität Duisburg Essen (UDE), der dort das Fachgebiet Bauelemente der Höchstfrequenzelektronik leitet. Das Joint Lab InP Devices greift auf die komplementären Infrastrukturen des FBH und der UDE zu, um grundlegende Materialforschung – mit Schwerpunkt auf Indiumphosphid (InP) – gezielt in angewandte Schaltkreise und Module umzusetzen. Mit InP-basierten MMICs lassen sich höchste Frequenzen im Terahertz (THz)-Band erreichen und somit neue Systemanwendungen kostengünstig realisieren. Gemeinsam erforschen die Partner innovative Halbleiterstrukturen und -bauelemente für THz-Anwendungen und entwickeln integrierte Komponenten für den Einsatz der elektronischen THz-Technologie. Die Applikationen liegen unter anderem in der zerstörungsfreien Materialprüfung, der hochauflösenden medizinischen Bildgebung sowie in Breitbandkommunikations-Systemen.

Dieses Joint Lab ist eine Kooperation des FBH mit Frau Prof. Dr.-Ing. Sibylle Dieckerhoff, die an der TU Berlin das Fachgebiet Leistungselektronik am Institut für Energie- und Automatisierungstechnik leitet. Es bildet die Schnittstelle zwischen der GaN-Halbleitertechnologie und hocheffizienten Energiewandlersystemen. Damit sollen künftig  energieeffiziente, kompakte und leistungsfähige elektronische Energiekonverter für eine Fülle von Anwendungen verfügbar werden – von der Kommunikations- und Automobiltechnik bis hin zur Umwandlung von Solarenergie.

In diesem Joint Lab kooperiert das FBH eng mit Herrn Prof. Dr. Matthias Rudolph, Inhaber der Ulrich-L.-Rohde Stiftungsprofessur für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik, an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU-CS). Im Rahmen der Zusammenarbeit werden Transistormodelle entwickelt, mit deren Hilfe das elektrische und thermische Verhalten vor der Umsetzung genau bestimmt werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von besonders robusten und rauscharmen Verstärkern, die auf der FBH GaN-HEMT-Technologie basieren.