Onderzoekers van de TU Kaiserslautern betrokken bij kwantumoptische terahertz-metingen van diktes van lagen

Experimentele opstelling voor kwantumoptische diktemeting in het terahertz-spectrum door het meten van zichtbare fotonen. (Foto: Fraunhofer ITWM)

Onderzoekers van de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK) en het Fraunhofer ITWM demonstreren voor het eerst de meting van laagdikte met behulp van terahertz-kwantointerferentie. Het leidende project QUILT van de Fraunhofer-instituten richt zich onder andere op de detectie van terahertz-golven op basis van nieuwe kwantoptische methoden. Over de eerste successen berichten onderzoekers van het Fraunhofer ITWM en de TUK in de maart-uitgave van het gerenommeerde vakblad Science Advances, uitgegeven door de American Association for the Advancement of Science.

QUILT staat voor “Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions” en vormt voor meerdere Fraunhofer-instituten de basis om gezamenlijk kwantumgebaseerde meetsystemen te ontwikkelen of verder te ontwikkelen in verschillende spectrale gebieden. Bij het Fraunhofer ITWM worden de eigenschappen van verstrengde fotonen in het nog jonge onderzoeksgebied van de kwantumsensoriek benut.

“Ondanks de voortdurende ontwikkeling van de terahertz-technologie in de afgelopen jaren blijft het vastleggen van een afbeelding in dit spectrale gebied een grote technische uitdaging,” zegt de experimenteel fysicus Prof. Georg von Freymann, hoofd van het leer- en onderzoeksgebied Optische Technologieën en Fotonica aan de TUK en hoofd van de afdeling Materiaalkarakterisering en -inspectie bij het Fraunhofer ITWM. “In tegenstelling hiermee zijn zelfs camera’s in smartphones of pc’s tegenwoordig geavanceerd en bieden ze hoge resolutie en detectie-efficiëntie tegen gematigde kosten.” Een nieuwe meetmethode kan hier uitkomst bieden: met behulp van kwantumoptische methoden kunnen de eigenschappen van fotonen in het terahertz-spectrum worden overgedragen op beter detecteerbare zichtbare fotonen, zodat informatie over de terahertz-fotonen gemakkelijker kan worden geëvalueerd.

“Vorig jaar hebben we de basis gelegd voor het te realiseren meetprincipe, nu konden we kwantuminterferentie in het terahertz-spectrum waarnemen met behulp van zichtbare fotonen,” zegt Björn Haase, een van de betrokken promovendi aan de TUK. Zijn collega Mirco Kutas voegt toe: “Het is ons voor het eerst gelukt om de terahertz-golven ook toegankelijk te maken voor experimenten met externe monsters.” Daarbij profiteerden de experimenten ook van de medewerking van theoretische fysici uit de afdeling Optimalisatie van het Fraunhofer ITWM. “De resultaten van de simulaties tonen een zeer goede overeenstemming met het experiment,” legt Dr. Patricia Bickert uit, die hoofdverantwoordelijk is voor de theoretische modellering.

Hierdoor was het mogelijk om de laagdikte van verschillende monsters, die alleen met de terahertz-golven interageren, te bepalen door de detectie van zichtbaar licht. Dit zijn wereldwijd de eerste onderzoeken van dit soort.

Meer informatie op de pagina’s van het Fraunhofer ITWM (https://www.itwm.fraunhofer.de/de/presse-publikationen/presseinformationen/2020/2020_03_17-quantenoptische-terahertz-messung.html) en in het vakblad Science Advances: https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaaz8065.

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