Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Gruppe Nichtlineare Optik und Quantensensorik

»Wir nutzen nichtlineare Frequenz­konversion für die Entwicklung maßgeschneiderter Lichtquellen.«

Neuartige Messtechniken bilden das zentrale Forschungsthema der Gruppe: Welche Art von Sensorik werden wir morgen nutzen? Und welche Möglichkeiten werden sich dadurch eröffnen?

Zusammen mit Partnern aus der Grundlagenforschung arbeiten wir an innovativen laserbasierten Messprinzipien und -verfahren für die Spektroskopie und Magnetometrie. Entwickelt werden auch die dafür nötigen Werkzeuge: Dazu gehören die Lichtquellen und Wellenlängenkonverter auf Basis nichtlinear-optischer Frequenzkonversion sowie die dafür benötigten Komponenten wie periodisch gepolte Kristalle und funktionalisierte Wellenleiter.

Ein weiteres Forschungsfeld der Gruppe ist die Quantensensorik: Hier ermöglicht es die nichtlineare Frequenzkonversion, Paare aus Photonen verschiedener Wellenlängen zu erzeugen, die in ihren Eigenschaften »verschränkt« sind. Sie bilden die Grundlage des Quanten-Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometers, mit dem Messungen bei sehr niedrigen Lichtleistungen möglich sind. Für die Magnetfeldsensorik kommen Alkali-Atome zum Einsatz: Per Laserlicht in ausgewählten Spin-Quantenzuständen präpariert, eignen sie sich als hochempfindliche Magnetfeld-Sensoren, für die das Team neue Einsatzfelder in der industriellen Prozessmesstechnik erkundet.

 

Nichtlineare Optik

  • Optisch-parametrische Oszillatoren: Dauerstrich-Betrieb, Wellenlängen von 450 nm bis 5 μm durchstimmbar, Ausgangsleistungen 10 mW bis viele Watt (wellenlängenabhängig), Linienbreiten kleiner als 1 MHz
  • Frequenzverdopplung: über 50 Prozent Konversionseffizienz
  • MIR-NIR-Konversion für schnelle und effiziente Messtechnik: Aufnahme von MIR-Prozessdaten mit mehr als 5000 Spektren pro Sekunde, hochpräzise Wellenlängenmessung
  • Lichtquellen auf der Basis der spontan-parametrischen Abwärtskonversion für die Quantensensorik

Komponenten

  • »Maskenloses Polen« von Materialien für die Frequenzkonversion
  • »Lithiumniobat-on-insulator« als Ausgangsmaterial für integriert-optische Komponenten
  • Wellenleiter, Resonatoren und Frequenzkonverter

Quantensensorik

  • Spektroskopie: Quanten-Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer basierend auf verschränkten Photonenpaaren
  • Magnetfeld-Sensorik: NMR bei kleinsten Magnetfeldern dank optisch gepumpter Magnetometer