KIP-Veröffentlichungen

Angesichts der zunehmenden Bedeutung der Telekommunikation und ihrer Anwendungen auf Plattformen wie Lithiumniobat stellen optische Leistungsverluste von aktiven Komponenten auf photonischen Chips eine wachsende Herausforderung dar. Diese Arbeit untersucht die Kompensation dieser Verluste durch stimulierte Emission des Übergangs ⁴I_13/2 →⁴I_15/2 des Lanthanoids Erbium, das mittels Niedrigtemperatur-Ionendiffusion in die Lithiumniobatbeschichtung der verwendeten Wellenleiterchips eingebracht wird. Durch kontinuierliche Qualitätskontrollen mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergaben sich als optimale Doping-Parameter eine Lösung aus 27 g Kalium und 0,4 g Erbium, eine Diffusionsdauer von 4 Stunden bei 465 °C sowie ein Tempern bei 200 °C, 300 °C und 40 °C für jeweils 4, 4 und 23 Stunden. Die effektivste Reinigung der Chipoberflächen, bei der 100% der Kalium- und über 80% der Erbiumverunreinigungen entfernt wurden, erfolgte unter Verwendung von destilliertem Wasser, Zitronensäure und Natrium Thiosulfat. Messreihen zur Charakterisierung der stimulierten und spontanen Emission wurden sowohl mit fasergekoppelten als auch Freistrahl-Versuchsaufbauten durchgeführt. Die entwickelte Methode, kombiniert mit einer zusätzlichen Oberflächenreinigung und lokalem Maskieren, z.B. mit SiO₂, ermöglicht ein präzises lokales Doping photonischer Strukturen.

In light of the increasing importance of telecommunications and its applications on platforms such as lithium niobate, optical power loss from active components on photonic chips present a growing challenge. This study investigates compensating these losses through stimulated emission of the ⁴I_13/2 →⁴I_15/2 transition of the lanthanoid erbium, introduced into the lithium niobate coating of the waveguide chips via low temperature ion diffusion. Continuous quality control using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) identified optimal doping parameters to be a solution of 27 g potassium-salt and 0.4 g erbium-salt, a diffusion duration of 4 hours at 465 °C, and annealing at 200 °C, 300 °C, and 400 °C for 4, 4, and 23 hours, respectively. The most effective cleaning of the chip surfaces, achieving 100% potassium and over 80% erbium impurity removal, was accomplished using distilled water, citric acid, and sodium thiosulfate. Measurement series to characterize both stimulated and spontaneous emission were conducted using fiber-coupled and free-space setups. The developed method, combined with additional surface cleaning and local masking, e.g., with SiO₂, enables precise local doping of photonic structures.