Optische Quantenmetrologie und -Sensorik

Levitierte Opomechanik

Dieses Arbeitsgebiet beschäftigt sich mit optisch gefangenen Nanopartikeln. Die Bewegung der Partikel kann dabei durch paramertisches Kühlen stark reduziert werden, im Extremfall bis in den quantenmechanischen Grundzustand. Gleichzeitig wird die Position interferometrisch hoch präzise ausgelesen, wodurch ein vielversprechendes Messsystem entsteht. 

Am BIAS verfolgen wir sowohl fundamentale physikalische Fragestellungen als auch praktische Messanwendungen auf diesem Gebiet. Die Verwendung im Fallturm in Bremen, oder später im Weltall, bietet einzigartige Möglichkeiten die Grenzen der Quantenphysik auszuloten. Gleichzeitig untersuchen wir den Nutzen für die Inertialnavigation oder eine präzise Vermessung der lokalen Gravitation.  

NV-Zentren Magnetometrie

Stickstofffehlstellen (Nitrogenvacacies, NV centres) sind defekte in der Kristallstruktur von Diamant. Sie bestehen aus einem Stickstoffatom und einer benachbarten nicht besetzten Fehlstelle. Die so entstehenden ungebundenen Elektronen können optisch angeregt und ausgelesen werden. Gleichzeitig ist ihr Verhalten magnetfeldabhängig.

Das System ist für uns am BIAS besonders wegen seiner Robustheit und Anwenderfreundlichkeit interessant. NV-Zentren Magnetometrie ermöglicht eine präzise Messung von Magnetfeldern in einem großen Messbereich und relativ starken Hintergrundfeldern. Als erste Anwendung wird die Verwendung auf Satelliten angestrebt. Diese extreme Umgebung soll die Vorteile des Systems auch für industrielle Anwendungen untermauern. 

“Undetektierte” Photonen

Erforschung neuer MethodenIn nichtlinearen Kristallen können Lichtteilchen zerfallen und zwei neue Teilchen bilden. Diese müssen der Energieerhaltung genügen, können aber vollkommen verschiedene Wellenlängen haben. So entstehen zum Beispiel miteinander korrelierte Photonen im sichtbaren und im infraroten Spektrum. 

Die Idee ist es nun, eine Messung im Infraroten durchzuführen, wo viele Gase absorbieren aber die Detektoren ein hohes Rauschlevel haben und im Sichtbaren zu detektieren, wo sehr gute Kameras zur Verfügung stehen. Die Quantenmechanik erlaubt dies, da die Photonen gemeinsame Eigenschaften aufweisen und nicht voneinander unabhängig sind. 

 zur Minimierung der Messunsicherheit bei der Sichtstrahlkalibrierung.

Verfahren zur Reduzierung der Messdauer bei der Kalibrierung.

Entwicklung der Multi-Aperturkalibrierung.