Project

MEMS; Optoelectronics; Photonics; Microsystems; Diamond

Lead
Einkristalliner Diamant besitzt ausserordentliche Materialeigenschaften: optisch transparent, thermisch höchst leitfähig, äusserst elastisch, hart, chemisch inert, ein hoher Brechungsindex - ein wahres Wundermaterial für Anwendungen in der Mikromechanik oder in der integrierten Optik! Eine präzise Bearbeitung dieses ausserordentlichen Materials ist jedoch äusserst herausfordernd. In diesem Projekt sollen grundlegende Techniken entwickelt werden, um integrierte Optik und Photonisch Integrierte Schaltkreise aus synthetischem einkristallinem Diamant zu ermöglichen.
Lay summary
Zu diesem Zweck wird auf Prozesstechniken der Mikrosystemtechnik zurückgegriffen, wie zum Beispiel Elektronenstrahllithographie und Plasmaätzen, um präzise Diamantstrukturen im Mikrometer- und Nanometerbereich herzustellen. Diese Strukturen können als optische Elemente wie optische Gitter, Filter oder Linsen Verwendung finden. Des Weiteren wird die Herstellung von optischen Wellenleitern aus einkristallinem Diamant, sowie deren Kopplung mit optisch aktiven Farbzentren und mechanischen Schwingungen untersucht, mit möglichen Anwendungen im Bereich neuartiger Bio-Sensoren, Frequenzgebern oder Photonischen Komponenten für die Informations- und Telekommunikationstechnik.

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Last update: 25.02.2019

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The goal of this project is to exploit micro- and nanofabrication techniques to efficiently harness the extraordinary combination of optical, mechanical and thermal material properties of high purity synthetic single crystal diamond at the micro- and nanoscale to engineer novel and high performance diamond photonic micro- and nanosystems. We propose in particular to investigate single crystal diamond for efficient generation, routing, and processing of optical signals on an integrated diamond nano-photonic platform, with a focus on the following three pillars:(1)develop and characterize single crystal diamond nano-photonic integrated circuits(2)couple mechanical and optical resonances in micro-/nano-scale optomechanical oscillators (3)exploit optically active color centers as integrated light sources in single crystal diamond.To achieve these goals, we will tackle the following challenges: (1) the preparation of large area high quality single crystalline diamond thin films on a substrate, by development of an ion implantation based layer transfer process, (2) the engineering of passive on-chip diamond photonic components, such as waveguides, interferometers, and freestanding nano-opto-mechanical resonators, and (3) develop and demonstrate on-chip diamond photonic sources. The successful developments in this project will constitute the basis for future quantum information processing photonic integrated circuits, low phase noise optomechanical frequency references, and harsh environment and biocompatible sensors. They are expected to find applications in in Advanced and Secure Information and Communications Technologies (ICT), Mobile and Personalized Health, Sensors for Autonomous Systems, and Industry 4.0 Instrumentation, impacting societal development and contributing to economic growth.