KIP-Veröffentlichungen

Die Übertragung von Photonen über große Entfernungen stellt aufgrund der Übertragungsverluste eine große Herausforderung dar. Eine wirksame Strategie zur Bewältigung des Kompromisses zwischen der Übertragungsrate und der Entfernung ist das Wellenlängenmultiplexing (WDM), bei dem Licht aus mehreren Kanälen kombiniert wird. Integrierte Photonik erleichtert die gleichzeitige Nutzung vieler Kanäle in einer Faser und ermöglicht so außergewöhnlich hohe Datenraten. In dieser Arbeit wird der Entwicklungsfortschritt eines Multiplexers auf einer Siliziumnitrid Plattform vorgestellt, der das Licht von 20 Lasern mit Wellenlängen von 1550 nm bis 1569 nm und einer Schrittweite von 1 nm kombinieren soll, um später in einem Quantenschlüsselaustauschsystem (QKD) eingesetzt zu werden. Zwar gibt es einfachere Multiplexing-Methoden, wie z.B. Kaskadenstrukturen, doch leiden diese unter zunehmenden Verlusten bei höherer Kanalanzahl und mangelnder Skalierbarkeit. Daher werden Add-Drop-Ringresonatoren aufgrund ihrer besseren Skalierbarkeit und Effizienz als primäre Multiplexingstruktur ausgewählt. Add-Drop-Ringresonatoren übertragen effizient Licht einer bestimmten Wellenlänge und werden mit Bragg-Filtern ergänzt, um eine große Bandbreite zu erreichen. Es wurden Ringresonatoren mit einem freien Spektralbereich von (5,13 ± 0,12) nm, einem Extinktionsverhältnis von 20 dB und einer Transmission von 53% sowie Bragg-Filter mit einer Genauigkeit der zentralen Wellenlängen von (0,5 ± 0,4) nm und einer Bandbreite von 4,12 nm realisiert.

Transmitting photons over long distances poses a significant challenge due to attenuation. One effective strategy to address the rate-distance trade-off is to utilize wavelength division multiplexing (WDM), which combines light from multiple channels. Integrated photonics facilitates the simultaneous use of many channels, thereby enabling exceptionally high data rates. In this thesis the development progress of a multi-plexer on a silicon nitride platform is presented, designed to combine light from 20 lasers with wavelengths ranging from 1550 nm to 1569 nm, at a spacing of 1 nm, and later to be used in a quantum key distribution (QKD) system. While simpler multiplexing methods, such as cascading structures, are available, they suffer from increased losses with higher channel counts and lack scalability. Therefore, add-drop ring resonators are selected as the primary multiplexing structure due to their better scalability and efficiency. Add-drop ring resonators efficiently transmit light of a specific wavelength and are complemented with bragg filters to achieve a large bandwith. Ring resonators with a Free spectral range (FSR) of (5.13 ± 0.12) nm an extinction ratio of 20 dB, and a transmission of 53% were realized, as well as Bragg filters with a central wavelength accuracy of (0.5 ± 0.4) nm and a bandwidth of 4.12 nm.