Messen mit »undetektierten Photonen«
Herzstück der Technologie ist die korrelierte Photonenquelle. Hierbei handelt es sich um einen nichtlinear-optischen Kristall, in dem sich Photonen eines Pumplaserstrahls in zwei korrelierte Photonen »aufspalten« können, genannt Signal und Idler. Das Idlerphoton liegt dabei im Infrarot-Spektralbereich (für die Spektroskopie), das zugehörige Signalphoton im Sichtbaren oder Nahinfraroten (zur Detektion).
In einem nichtlinearen Interferometer wird das Licht aus zwei solcher Photonenquellen überlagert. Da die Signal- bzw. die Idlerphotonen der beiden Prozesse nicht unterscheidbar sind, kommt es jeweils zur Interferenz. Absorbiert nun eine Probe mittelinfrarote Idlerphotonen aus dem ersten Prozess, so werden die Lichtquellen unterscheidbar und der Idler-Interferenzkontrast nimmt ab. Da Signal- und Idlerphotonen korreliert sind, verringert sich ebenso der Signal-Interferenzkontrast. Daher ist es möglich, die Transmission der Probe für das mittelinfrarote Idler-Licht allein durch die Detektion des (sichtbaren oder nahinfraroten) Signal-Interferenzmusters zu bestimmen. Dieser Quanteneffekt kann für verschiedene Messungen mit »undetektierten Photonen« genutzt werden.
Das Quanten-Fourier-Transform-Spektrometer
Das am Fraunhofer IPM entwickelte Quanten-Fourier-Transform-Spektrometer Q-FTIR ermöglicht präzise Spektroskopie im mittleren Infrarot bei nahinfraroter Lichtdetektion. Dazu genügen extrem geringe Lichtleistungen auf der Probe – mehr als sechs Größenordnungen weniger Infrarot-Leistung als ein klassisches Fourier-Transform-Spektrometer. Das Q-FTIR arbeitet nach demselben Messprinzip wie klassische Geräte und erreicht somit hohe spektrale Auflösungen. Im Rahmen des Fraunhofer Leitprojekts QUILT wurde ein leistungsfähiger, mobiler Demonstrator zur spektroskopischen Analytik realisiert.
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
