Gruppe Nichtlineare Optik und Quantensensorik

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. Entwickelt werden auch die dafür nötigen Werkzeuge, vor allem auf Basis nichtlinear-optischer Frequenzkonversion: Dazu gehören Dauerstrich- (cw-) Laserlichtquellen mit maßgeschneiderten Wellenlängen für die Spektroskopie, bei denen die Gruppe weltweit führend ist, sowie Wellenlängen-Konverter für eine effiziente Infrarot-Detektion. Sie erweitern die Möglichkeiten der Messtechnik, z. B. bei der Gasspektroskopie zur Untersuchung von Verbrennungsprozessen, bei der Charakterisierung von Komponenten für Hochleistungslaser, in der Quantenoptik-Forschung und in der interferometrischen Holographie. Ein anderes Beispiel nichtlinear-optischer Lichtquellen sind Frequenzkämme, auf deren Basis neue Verfahren der Infrarot-Spektroskopie entwickelt werden.

Ein weiteres Forschungsfeld der Gruppe ist die Quantensensorik: So bilden Paare aus Photonen verschiedener Wellenlängen, die in ihren Eigenschaften »verschränkt« sind, die Grundlage des Quanten-Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometers, mit dem besonders empfindliche Messungen möglich werden sollen. Alkali-Atome in speziell präparierten Spin-Quantenzuständen eignen sich zum Beispiel als hochempfindliche Magnetfeld-Sensoren, für die das Team neue Einsatzfelder in der industriellen Prozessmesstechnik erkundet.

Nichtlineare Optik

• optisch-parametrische Oszillatoren: 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: Aufnahme von MIR-Prozessdaten mit mehr als 5000 Spektren pro Sekunde
• spontane parametrische Fluoreszenz für die Quantensensorik

Neue spektroskopische Messverfahren

• photothermische Verfahren für die hochempfindliche Absorptionsspektroskopie in Feststoffen und Gasen
• Doppelkamm-Infrarot-Gasspektroskopie
• Spektroskopie in VIS, NIR und MIR
• Spektroskopie von Restabsorptionen in Materialien bis 1 ppm

Quantensensorik

• Spektroskopie mit verschränkten Photonenpaaren: Quanten-Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer
• Magnetfeld-Sensorik mit optisch gepumpten Magnetometern: NMR bei kleinsten Magnetfeldern