Polymerwellenleiter

Polymerwellenleiter sind optische Wellenleiter, die aus polymeren Materialien hergestellt werden und Licht durch das Prinzip der totalen internen Reflexion in einer dünnen Schicht oder einem Schichtaufbau tragen. Sie kommen vor allem in planar angeordneten Polymer-Photonik-Schaltungen zum Einsatz und decken einen Spektralbereich von visible bis nahinfrarot ab. Gegenüber herkömmlichen Silizium- oder Glaswellenleitern weisen Polymerwellenleiter typischerweise einen größeren Refraktionsindex-Kontrast zur Kladdingseite auf, lassen sich jedoch bei vergleichsweise niedrigen Herstellungstemperaturen realisieren und bieten kostengünstige Verarbeitung.

Typische Polymere sind PMMA, SU-8, fluorierte Polymere sowie organisch-inorganische Hybride wie Ormocer. Durch Beimischung von Chromophoren oder Vernetzern lässt sich der Brechungsindex steuern oder die thermo-optische Empfindlichkeit erhöhen, was für Modulatoren nützlich ist. Wellenleitergeometrien umfassen Kanal-, Ridge- oder Rib-Wellenleiter; oft wird eine niederbrechende Kladding-Schicht aufgebracht, um die Leitung des Lichts zu ermöglichen.

Herstellung erfolgt üblicherweise durch Spin-Coating dünner Polymer-Schichten auf Substraten, gefolgt von Lithografie (UV- oder Tiefenlithografie) und Aushärtung. Die Kopplung zu Glasfasern oder Mikroprismen, die Integration in Sensoren, Lab-on-a-Chip-Plattformen und flexible Displays gehören zu den Anwendungsgebieten. Vorteile sind geringe Kosten, einfache Verarbeitung, hohe Formgestaltungsfreiheit und Kompatibilität mit flexiblen Trägersubstraten; Nachteile sind höhere optische Verluste im Vergleich zu Glas oder Silizium, Umweltempfindlichkeit (Feuchtigkeit, UV), sowie Alterung und Stabilität im Langzeiteinsatz.

Forschung konzentriert sich auf robustere Polymer-Matrix-Systeme, Hybridmaterialien, Oberflächenqualität, verbesserte Kopplungstechniken und additive Fertigung wie 3D-Druck, um dreidimensionale Polymerwellenleiter für integrierte Photonik zu ermöglichen.