Photonik bezeichnet die Wissenschaft und Technik der Erzeugung, Führung, Modulation und Detektion von Lichtquanten (Photonen) und erstreckt sich vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich. In der Werkstoffforschung dient Photonik sowohl als präzises Werkzeug zur Charakterisierung als auch als Grundlage neuartiger optischer Funktionswerkstoffe.

Ein zentrales Konzept ist die Wechselwirkung von Photonen mit der elektronischen und strukturellen Materialordnung. Linear- und Nichtlinearoptik ermöglichen die Bestimmung von Bandstrukturen, Defektdichten, Spannungszuständen und Phasenumwandlungen. Typische photonische Methoden umfassen optische Spektroskopie (UV‑Vis, IR, Raman), Ellipsometrie, zeitaufgelöste Pump‑Probe‑Techniken sowie optische Nahfeldmikroskopie, die laterale Auflösungen jenseits der Beugungsgrenze erschließt.

Auf der Seite der Funktionsmaterialien stehen photonische Strukturen im Vordergrund, die den Fluss von Licht analog zu elektronischen Bauelementen kontrollieren. Photonische Kristalle, also periodische Brechungsindexmodulationen auf der Skala der Wellenlänge, ermöglichen bandlückenartige Sperrbereiche für bestimmte Frequenzen. Daraus resultieren Wellenleiter, Resonatoren und Filter mit hoher spektraler Selektivität und geringem Verlust, relevant etwa für integrierte optische Schaltkreise und On‑Chip-Sensorik.

Für die Entwicklung photonischer Materialien sind präzise Kontrolle von Mikro‑/Nanostruktur, optischer Anisotropie, Nichtlinearität und Verlusten entscheidend. Zukunftsfelder umfassen integrierte Quantenphotonik, photonische Metamaterialien mit maßgeschneiderten effektiven Parametern sowie gekoppelte photonisch‑plasmonische Systeme für extreme Feldverstärkung und ultrasensitive Detektion.