Naukowcy z TU Kaiserslautern zaangażowani w kwantowo-optyczne pomiary terahercowe grubości warstw

Eksperymentalna konstrukcja do pomiaru grubości warstwy w zakresie spektralnym terahercowym w optyce kwantowej poprzez pomiar widzialnych fotonów. (Zdjęcie: Fraunhofer ITWM)

Badacze z Politechniki Kaiserslautern (TUK) oraz Fraunhofer ITWM po raz pierwszy demonstrują pomiar grubości warstw za pomocą kwantowej interferencji terahercowej. Główny projekt QUILT instytutów Fraunhofer zajmuje się między innymi wykrywaniem fal terahercowych na podstawie nowych metod kwantowo-optycznych. O pierwszych sukcesach informują badacze z Fraunhofer ITWM i TUK w marcowym wydaniu renomowanego czasopisma „Science Advances”, wydawanego przez „American Association for the Advancement of Science”.

QUILT oznacza „Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions” i stanowi podstawę dla kilku instytutów Fraunhofer do wspólnego opracowywania i rozwijania systemów pomiarowych opartych na kwantach w różnych zakresach spektralnych. W Fraunhofer ITWM wykorzystywane są właściwości splątanych fotonów w jeszcze młodej dziedzinie badań nad kwantowymi sensorami.

„Pomimo stałego rozwoju technologii terahercowej w ostatnich latach, uzyskanie obrazu w tym zakresie spektralnym nadal stanowi duże wyzwanie techniczne”, mówi profesor Georg von Freymann, fizyk eksperymentalny, kierownik działu technologii optycznych i fotoniki na TUK oraz kierownik działu charakterystyki i badań materiałów w Fraunhofer ITWM. „W przeciwieństwie do tego, dzisiaj nawet kamery w smartfonach czy komputerach są zaawansowane technologicznie i oferują wysoką rozdzielczość oraz skuteczność detekcji przy umiarkowanych kosztach.” Rozwiązaniem może być nowa metoda pomiarowa: za pomocą metod kwantowo-optycznych można przenosić właściwości fotonów z zakresu terahercowego na łatwiej wykrywalne fotony widzialne, co ułatwia analizę informacji o fotonach terahercowych.

„W ubiegłym roku położyliśmy fundamenty pod opracowywane zasady pomiaru, a teraz udało nam się zaobserwować interferencję kwantową w zakresie terahercowym za pomocą fotonów widzialnych”, mówi Björn Haase, jeden z zaangażowanych doktorantów z TUK. Jego kolega Mirco Kutas dodaje: „Po raz pierwszy udało nam się także umożliwić dostęp do fal terahercowych do eksperymentów na próbkach zewnętrznych.” Eksperymentom towarzyszyła również współpraca teoretyków z działu optymalizacji w Fraunhofer ITWM. „Wyniki symulacji wykazują bardzo dobrą zgodność z eksperymentem”, wyjaśnia dr Patricia Bickert, główna odpowiedzialna za modelowanie teoretyczne.

Dzięki temu udało się określić grubość warstw różnych próbek, które oddziałują jedynie z falami terahercowymi, poprzez detekcję światła widzialnego. Są to na świecie pierwsze tego typu badania.

Szczegółowe informacje na stronach Fraunhofer ITWM (https://www.itwm.fraunhofer.de/de/presse-publikationen/presseinformationen/2020/2020_03_17-quantenoptische-terahertz-messung.html) oraz w czasopiśmie „Science Advances”: https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaaz8065.

Odpowiedzi na pytania:
Prof. Dr. rer. nat. Georg von Freymann
Dział technologii optycznych i fotoniki
E-mail: georg.freymann@physik.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-5225