Výzkumníci z TU Kaiserslautern se podílejí na kvantově optickém měření tloušťky vrstev pomocí terahertzového záření

Experimentální zařízení pro kvantově optické měření tloušťky vrstev v terahertzové spektrální oblasti pomocí měření viditelných fotonů. (Foto: Fraunhofer ITWM)

Výzkumníci z Technické univerzity Kaiserslautern (TUK) a Fraunhofer ITWM poprvé demonstrují měření tloušťky vrstev pomocí terahertzové kvantové interference. Hlavní projekt QUILT Fraunhoferových institucí se mimo jiné zabývá detekcí terahertzových vln na základě nových kvantověoptických metod. O prvních úspěších informují výzkumníci z Fraunhofer ITWM a TUK v březnovém vydání renomovaného odborného časopisu „Science Advances“, který vydává „American Association for the Advancement of Science“.

QUILT znamená „Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions“ a tvoří základ pro několik Fraunhoferových institucí, které společně vyvíjejí nebo dále rozvíjejí kvantově založené měřicí systémy v různých spektrálních oblastech. Na Fraunhofer ITWM jsou využívány vlastnosti spojených fotonů v nově vznikající oblasti výzkumu kvantových senzorů.

„Navzdory neustálému vývoji terahertzové technologie v posledních letech je stále velkou technickou výzvou pořídit obrázek v tomto spektrálním rozsahu,“ říká experimentální fyzik Prof. Georg von Freymann, vedoucí výzkumné a výukové oblasti Optické technologie a fotonika na TUK a vedoucí oddělení charakterizace a zkoušení materiálů v Fraunhofer ITWM. „Naopak dnes jsou i kamery v chytrých telefonech nebo počítačích vysoce vyvinuté a nabízejí vysoké rozlišení a detekční účinnost při rozumných nákladech.“ Nové měřicí metody mohou zde pomoci: pomocí kvantověoptických metod lze vlastnosti fotonů v terahertzovém spektrálním rozsahu přenést na snadněji detekovatelné viditelné fotony, což usnadňuje vyhodnocení informací o terahertzových fotonech.

„V minulém roce jsme položili základy pro realizaci měřicího principu, nyní jsme mohli pozorovat kvantovou interferenci v terahertzovém spektrálním rozsahu pomocí viditelných fotonů,“ říká Björn Haase, jeden z účastníků doktorského studia na TUK. Jeho kolega Mirco Kutas doplňuje: „Poprvé se nám podařilo zpřístupnit terahertzové vlny i pro experimenty s externími vzorky.“ Při tom experimenty těžily také z podpory teoretických fyziků z oddělení optimalizace Fraunhofer ITWM. „Výsledky simulací ukazují velmi dobrou shodu s experimentem,“ vysvětluje Dr. Patricia Bickert, která je hlavní odpovědná za teoretické modelování.

To umožnilo určit tloušťku vrstev různých vzorků, které interagují pouze s terahertzovými vlnami, detekcí viditelného světla. Jedná se o první takové studie na světě.

Podrobnější informace naleznete na stránkách Fraunhofer ITWM (https://www.itwm.fraunhofer.de/de/presse-publikationen/presseinformationen/2020/2020_03_17-quantenoptische-terahertz-messung.html) a v odborném časopise „Science Advances“: https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaaz8065.

Otázky zodpovídá:
Prof. Dr. rer. nat. Georg von Freymann
Lehrgebiet Optische Technologien und Photonik
E-mail: georg.freymann@physik.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-5225