Photonik bezeichnet die Wissenschaft und Technik der Erzeugung, Führung, Manipulation und Detektion von Licht auf Basis quantisierter Lichtquanten, den Photonen. Im Kontext der Werkstoffe steht die Photonik im Zentrum der Entwicklung photonischer Materialien und Architekturen, die optische Funktionen gezielt in Festkörper integrieren.

Photonische Materialien zeichnen sich durch eine kontrollierte räumliche Modulation ihres Brechungsindex, ihrer Absorption oder Nichtlinearität aus. Dies erlaubt die Realisierung von Wellenleitern, Gittern und Resonatoren, in denen resonante Photonenmodi entstehen. Solche Modi verstärken Licht-Materie-Wechselwirkungen und sind essentiell für Laser, Sensorik und nichtlineare Frequenzkonversion.

Die integrierte Photonik überträgt diese Konzepte auf planare oder dreidimensionale Chip-Plattformen (z.B. Silizium, Siliziumnitrid, III-V-Halbleiter). Hier werden photonische Bauelemente wie Modulatoren, Detektoren und Filter mit elektronischen und zunehmend auch mit mechanischen oder quantenoptischen Funktionen kombiniert. Zentrale werkstoffliche Herausforderungen betreffen Streuverluste, thermische Stabilität, Integrationskompatibilität und Fertigungstoleranzen.

Neben periodisch strukturierten Systemen gewinnen ungeordnete Photonik und disgeordnete photonische Systeme an Bedeutung. Durch gezielte Unordnung kann multiple Streuung, Anderson-Lokalisierung von Licht oder spektrale Verschmierung genutzt werden, etwa für breitbandige Diffusoren, zufällige Laser oder robuste Spektroskopieplattformen. Die Gestaltung solcher Systeme erfordert eine präzise statistische Kontrolle der Mikrostruktur.

Insgesamt bildet die Photonik eine Schlüsselplattform, um optische Funktionalität direkt in Werkstoffe zu integrieren und so neuartige Sensoren, Informationsverarbeitungskonzepte und energieeffiziente Lichtquellen zu realisieren.