Programmierbare Photonik und optisches Rechnen

Unsere Forschung

Wir bringen Licht zum Rechnen, damit optische KI in die Klinik kommt. Dafür verbinden wir unterschiedliche wissenschaftliche Zugänge: von neuromorpher Photonik über nichtlineare Frequenzmischung bis hin zu programmierbaren Fasern und photonischen Systemen.

Neuromorphe Photonik: Wir erforschen das Anwendungspotenzial intelligenter photonischer Systeme, die programmierbare optische Bauelemente mit Methoden des maschinellen Lernens und der nichtlinearen Photonik verbinden. Ziel ist es, optische Lernsysteme zu entwickeln, die Daten ultraschnell, energieeffizient und dynamisch verarbeiten und dabei autonom auf ihre Umgebung reagieren oder komplexe Datenanalysen im optischen Bereich durchführen können. Unsere Arbeiten bewegen sich an der Schnittstelle von Physik, Datenwissenschaft und Biophotonik.

Nichtlineare Frequenzmischung: Wir nutzen komplexe nichtlineare Wellendynamik, wie Superkontinuumsgeneration, zur Funktionalisierung optischer Systeme. Besonders im Fokus stehen neuromorphe, gehirninspirierte Konzepte der Informationsverarbeitung, bei denen die optische Wellenausbreitung und deren intrinsische Nichtlinearität selbst als Rechenressource genutzt werden, um Verarbeitungsschritte direkt im optischen Informationsraum durchzuführen, statt in nachgelagerten elektronischen Recheneinheiten.

Programmierbare Fasern und Photonik: Darüber hinaus entwickelt die Nachwuchsgruppe Smart Photonics adaptive faserbasierte und wellenleiterintegrierte photonische Systeme, die vielseitig rekonfigurierbar sind. Programmierbare photonische Bauelemente gestalten wir so, dass sie neue Bildgebungs- und Sensorlösungen ermöglichen oder als analoge Rechenstrukturen dienen. Diese Systeme bilden die Grundlage für intelligente Sensoren und Mikroskope, die diagnostische Aufgabenbeschleunigen und automatisieren können. Mit ihrem interdisziplinären Ansatz trägt die Nachwuchsgruppe zur Entwicklung autonomer Mess- und Rechensysteme bei, insbesondere für medizinische Diagnostik, Sensorik und energieeffiziente Informationsverarbeitung.

“Mein Team und ich erforschen mit Lichtwellen den buchstäblichen Geistesblitz.” - Mario Chemnitz

Prof. Dr. Mario Chemnitz

Abteilungsleiter
+49 3641 206145
mario.chemnitz@leibniz-ipht.de

Yvonne Nemetz

Assistentin
+49 3641 206201
yvonne.nemetz@leibniz-ipht.de

Forschungsschwerpunkte

Programmierbare &
adaptive Photonik

Rekonfigurierbare photonische Plattformen auf Basis adaptiver Faser- und Wellenleitertechnologien

Nichtlineare Wellendynamik &
optische Funktionalität

Erforschung nichtlinearer Wellenphänomene zur Realisierung neuer optischer Zustände und Funktionen

Neuromorphe
optische Prozessoren

Analoge, lichtbasierte Rechenkonzepte für neuromorphe Informationsverarbeitung und optisches Computing

Intelligente Sensorik &
Bildgebung

Photonische Sensor- und Mikroskopsysteme mit optischer Signalverarbeitung und lernenden Algorithmen, insbesondere für Anwendungen im Gesundheitsbereich

Kooperationen und Netzwerke

Die Nachwuchsgruppe Smart Photonics ist in interdisziplinäre Forschungsvorhaben eingebunden und arbeitet eng mit Partnern aus Photonik, Datenwissenschaft, Physik und Biophotonik zusammen. Mit der Junior-Professur für Intelligente Photonische Systeme von Nachwuchsgruppenleiter Prof. Mario Chemnitz besteht eine enge Anbindung an die Friedrich-Schiller-Universität Jena. Innerhalb des Leibniz-IPHT besteht eine starke Vernetzung mit Forschungsabteilungen der Faserphotonik, Spektroskopie/Bildgebung, Photonic Data Science sowie mit Forschenden auf dem Gebiet der Mikrofluidik. Dies ermöglicht es, den gesamten Workflow von der theoretischen Konzeption über die technologische Umsetzung bis zum experimentellen Benchmarking abzudecken.

Kooperationen, u.a. mit Max-Planck-Instituten in Deutschland sowie mit Forschungsinstitutionen in Frankreich und Kanada, unterstützen insbesondere die Entwicklung adaptiver photonischer Bauelemente, neuromorpher Rechenkonzepte und intelligenter Sensorsysteme. Durch die Verbindung von Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Entwicklung trägt die Nachwuchsgruppe dazu bei, neue Konzepte der intelligenten Photonik in Richtung autonomer Mess- und Verarbeitungssysteme weiterzuentwickeln.