Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPMDas Themenfeld »Quantum Imaging« fokussiert auf die Verwendung nichtklassischer Lichtzustände für neue Verfahren in Bildgebung und Spektroskopie. Im Fraunhofer-Leitprojekt »QUILT« geht es vor allem darum, mit Hilfe verschränkter Photonenpaare mit starker Wellenlängenspreizung spektrale und Bild-Informationen aus den Wellenlängenbereichen Terahertz, mittleres Infrarot und Ultraviolett mit siliziumbasierten Detektoren und Kameras messbar zu machen.
Infrarotspektroskopie mit sichtbaren Photonen
Eine der wichtigsten Methoden zur chemischen Analyse von Molekülen und organischen Verbindungen ist die Infrarotspektroskopie. Hierzu werden klassischerweise eine Infrarot-Lichtquelle und ein Infrarotdetektor benötigt. Im Vergleich zu Detektoren für den sichtbaren oder nahinfraroten Spektralbereich weisen Infrarotdetektoren jedoch ein höheres Dunkelrauschen auf, sind technologisch aufwändiger und teuer.
In einem nichtlinearen Interferometer kann die spektrale Information aus dem mittleren Infrarot mit sichtbarem Licht detektiert werden. Hierzu werden verschränkte Photonenpaare erzeugt, wobei eines der Lichtquanten im sichtbaren Spektralbereich und eines der Lichtquanten im mittleren Infrarotbereich liegt. In einem Interferometer-Aufbau werden die Lichtstrahlen so überlagert, dass die Wechselwirkung der Infrarot-Photonen mit einer zu untersuchenden Probe im Interferenzmuster der sichtbaren Photonen gemessen werden kann. Dies ist nur möglich aufgrund der quantenmechanischen Effekte der verschränkten Photonen.
Von der Grundlagenforschung zur Anwendungsdemonstration
Im Rahmen des Projektes »QUILT« werden am Fraunhofer IPM Quanten-Spektrometer im mittleren Infrarot (3-5 µm) und im sogenannten Fingerprint-Bereich (8-12 µm) entwickelt. In aktuellen Arbeiten konnten wir erstmalig Infrarotspektroskopie mit sichtbarem Licht in Analogie zum Messprinzip eines Fourier-Transform-Infrarotspektrometers demonstrieren.
Am Fraunhofer IPM profitieren wir von unserer Expertise im Bereich nichtlinear-optischer Materialien, die als Quelle für die verschränkten Photonen dienen. Bei der Systementwicklung trägt unsere langjährige Erfahrung mit spektroskopischer Analytik dazu bei, die Anforderungen an die Messtechnik in realistischen Anwendungsszenarien zu berücksichtigen.
