Mikrointegrierte Optische Referenz – MikroRef

Hybrid mikrointegrierter Aufbau einer optischen Frequenzreferenz für den Einsatz von Quantensensoren im Feld und im Weltraum

Laufzeit des Vorhabens: 01.04.2016 – 31.12.2017

Die Verfügbarkeit von robusten, portablen optischen Frequenzreferenzen ist für viele Bereiche der höchstgenauen Laser-Messtechnik eine notwendige Voraussetzung, etwa für die ultra-präzise Laserabstandsmessung, die kohärente optische Kommunikation und für das neue Gebiet der quantenoptischen Sensorik. Quantenoptische Sensoren einschließlich optischer Uhren lassen sich für die höchstgenaue inertiale Navigation, in der Gravi- und Gradiometrie oder für die höchstgenaue Synchronisation von Netzwerken einsetzen. Sie sind daher zentral u. A. für die Navigation in einer Umgebung ohne Zugang zu GPS-Systemen, für die Geophysik, die Exploration von Bodenschätzen, die Überwachung des Klimawandels, sowie für Experimente zu fundamentalphysikalischen Fragestellungen, etwa für Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie. Voraussetzung für den Einsatz von quantenoptischen Sensoren ist allerdings, dass die entsprechende Hardware kompakt und robust ist und den Einsatz im Feld oder im Weltraum gestattet.

In diesem Vorhaben wird die vom Antragsteller entwickelte, weltweit einmalige Diodenlaserbasierte hybride Mikrointegrationstechnologie weiterentwickelt. Diese Technologieplattform1, die für den Einsatz an Bord einer Höhenforschungsrakete2 geeignet ist, wird um einen „passiven“ optischen Aufbau zur Modulationstransferspektroskopie (MTS) von Rubidium mit einem Kristall-basierten Phasenmodulator (Lithiumniobat LiNbO3) erweitert (siehe Abb. 1). Damit wird eine hochgenaue absolute Frequenzstabilisierung der in quantenoptischen Systemen eingesetzten Laser ermöglicht. Abb. 2 zeigt das Ergebnis einer spektroskopischen Messung mit dem Spektroskopiemodul. Zu sehen sind das Doppler-verbreitete Signal sowie die Lamb-Dips der Doppler-freien Messung. Die Transferfunktion des Resonanzschwingkreises, der für den LiNbO3-Phasenmodulator verwendet wird, ist in Abb. 3 dargestellt.

Abb. 1. Aufsicht auf das mikro-integrierte Spektroskopiemodul mit einem LiNbO3-Phasenmodulator. Der Keramikkörper besitzt eine Grundfläche von 80 mm x 30 mm.
Abb. 2. Doppler freies Spektroskopiesignal mit dem Photodetektor für MTS-Spektroskopie (PD-MTS).
Abb. 3. Transferfunktion des Resonanzschwingkrei- ses des LiNbO3-Phasenmodulators.

1) LasUS-I (50 WM 0940), LasUS-II (50 WM 1240), MiLas (50 WM 1141)
2) QUANTUS III / MAIUS (50 WM 1134), KALEXUS (50 WM 1345), FOKUS (50 WM 1240)

Institutionen

Antragsteller:

Forschungsverbund Berlin e.V.
Rudower Chaussee 17
12489 Berlin
Tel.: +49-03-6392-3330

Ausführende Stelle:

Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin e.V.
Gustav-Kirchhoff-Str. 4
12489 Berlin

Unterauftragnehmer:

Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Physik, AG Optische Metrologie
Newtonstr. 15
12489 Berlin

Ansprechpartner:

Dr. Andreas Wicht
Tel.: +49 30 6392 3958
andreas.wicht@fbh-berlin.de

http://www.fbh-berlin.de
http://www.fbh-berlin.de/forschung/ photonik/lasermetrologie
http://www.physik.hu-berlin.de/qom