Entwicklung grundlegender Bausteine für die integrierte Optikspektrometrie mit hohem spektralen Bereich: aktive Phasenmodulation zur Steigerung der Abtastgenauigkeit in Fourier-Transformationsspektrometern

Dieses Papier konzentriert sich auf die Entwicklung eines wesentlichen Bausteins, der benötigt wird, um eine hohe spektrale Étendue in integrierten optischen Spektrometern basierend auf Fourier-Transformationsmethoden zu erreichen: die aktive Phasenmodulation der zu samplenden Fransen. Die langfristigen Ziele dieses Projekts sind die Erreichung einer hochauflösenden Spektrometrie in einem großen spektralen Bereich, unter Verwendung kompakter Spektrometer, die auf dem SWIFTS (Standing Wave Fourier Transform Spectrometer) Ansatz basieren. Die Hauptanwendungen in der Astronomie werden die präzise Messung der atmosphärischen Zusammensetzungen von erkannten Exoplaneten sowie anderen Himmelskörpern sein, wie z.B. die Erkennung und Analyse spezifischer Gase wie Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4), die mit dem Leben in Verbindung stehen. Der vorgeschlagene On-Chip Fourier-Transform-Spektrometer (SWIFTS) Ansatz bietet mehrere Vorteile, darunter hohe spektrale Auflösung, kompakte Größe und ein robustes Design. Das Prinzip der Abtastung in einem einfachen, passiven SWIFTS bedeutet, dass das Signal mit der räumlichen Frequenz der Pixelgröße des Detektors extrahiert wird. Da der Pixelabstand typischerweise 10 µm beträgt, ist das Interferogramm stark unterabgetastet, und der resultierende spektrale Bereich ohne Aliasing ist klein (typischerweise einige zehn nm). Die in diesem Papier präsentierte Arbeit widmet sich der Erhöhung des spektralen Bereichs durch zeitliches Multiplexen, wobei die Phasenmodulation auf dem Chip dank der elektro-optischen Eigenschaften von Lithiumniobat erreicht wird. Durch Phasenverschiebung der Fransen unter den Abtastzentren sind wir in der Lage, den effektiven Abstand zwischen den abgetasteten Werten zu reduzieren, wodurch sich die spektrale Étendue erhöht. Nach einer kurzen Einführung in das SWIFTS-Prinzip konzentrieren wir uns auf die elektro-optische Modulation der Fransen, zeigen erste Ergebnisse, die den zeitlichen Multiplexansatz validieren, und diskutieren weitere Verbesserungen sowie die Anwendungsbreite dieses aktiven Phasen-Spektrometers.