Photonik, die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, erlebt bahnbrechende Fortschritte bei der Erforschung von Quellen, Manipulation und Detektion von Licht. Eine Vielzahl neuer und einzigartiger Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, den Quantentechnologien, der sicheren Lebensmittelproduktion, der energieeffizienten Telekommunikation bis hin zu so ehrgeizigen Konzepten wie einem „photonischen Gehirn“ stehen am Horizont.

So wird die zukunftsweisende „5D-Photonik“ definiert, bei der Prototypsysteme aus dem Dialog zwischen einem steuerbaren optischen System und einer in Echtzeit interagierenden Intelligenz neue Funktionalität gewinnen. Diese Innovation verspricht Fortschritte in Bereichen wie vernetzter Umweltsensorik, schnellem Nachweis von Proteinverteilungen im Blut oder energieeffizienter optischer Co-Prozessoren für maschinelles Lernen.

Eine der Kernforschungsfragen von PhoenixD betrifft die theoretische Modellierung und computergestützte Simulation von 5D-Photoniksystemen, um optische Funktionen mit verbesserter Genauigkeit vorhersagen zu können. Der Cluster untersucht, wie künstliche Intelligenz die Modellierung, Auslegung und den Betrieb dieser Systeme unterstützen kann. Mit experimentellem Fokus und mit Hilfe neuer Materialien wird untersucht, wie die Freiheitsgrade des Lichts, z.B. Strahlrichtung, Farbe und Intensität, präzise und schnell durch äußere Stimuli wie elektrische Felder, Schall oder Wärme dynamisch gesteuert werden können. Der Schlüssel zur Realisierung solcher 5D-Systeme ist die maximale Integration photonischer Komponenten auf einem Chip. Ziel von PhoenixD ist, die Fertigung in vernetzten Produktionsprozessen schnell, präzise und umweltfreundlich umzusetzen und damit die Verbindung zwischen Design und konkreter Anwendung in den Innovationsbereichen zu demonstrieren.

PhoenixD gründet auf einem erstklassigen Ökosystem für die Photonikforschung mit einem Team von Spitzenwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern aus sechs verschiedenen traditionellen Disziplinen, die auf eine neue gemeinsame Fakultät für Optik und Photonik hinarbeiten. Die Forschungsagenda und Strukturziele von PhoenixD sind zentrale Bausteine zur Etablierung eines international renommierten Optik-Campus in Hannover, der um einen eigens dafür konzipierten Neubau OPTICUM mit seinem umfangreichen Gerätepark und den Core Facilities als neue technologische Organisationseinheit entstehen wird. Flankiert wird die Forschung durch gezielte Nachwuchsförderung von der Grundschule über den neuen Bachelor-Studiengang bis hin zur Nachwuchsgruppenleitung, und durch Förderung von Diversität und Internationalisierung. Als Einheit stellt sich PhoenixD der Herausforderung, eine neue Ära der Photonik zu gestalten.

Beteiligte Institutionen:

• Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
• Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
• Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
• Technische Universität Braunschweig