21.01.2021 • Quantenoptik / Photonik

Haarfeine optische Faser-Filter für die Quantentechnologie

Extrem kompakt, stabil und in der Farbe abstimmbar.

Optische Fasern, die nicht viel dicker sind als ein menschliches Haar, sind heute nicht nur das Rückgrat unseres weltweiten Nachrichtenverkehrs. Mit ihnen werden auch außerordentlich empfindliche und wegen ihrer geringen Baugröße und Robustheit geschätzte Sensoren für Temperatur, chemische Stoffe und vieles mehr entwickelt. Ein wichtiges Bauteil in solchen Systemen sind optische Resonatoren oder Filter, die aus dem kontinuierlichen Licht spektral scharfe Farblinien herausschneiden. Diese Filter bestehen im einfachsten Fall aus zwei gegenüberliegenden Spiegeln, zwischen denen das Licht so präzise hin und hergeworfen wird wie das Pendel eines Uhrwerks. Die Farbe des Lichtfelds wird dabei durch den Spiegelabstand bestimmt.

Abb.: Der miniaturisierte optische Filter befindet sich im zentralen... — Abb.: Der miniaturisierte optische Filter befindet sich im zentralen Schlitz der Hülsenfassung. (Bild: RFWU)

Geeignete Spiegel lassen sich schon länger mit hoher Qualität auf den Enden solcher haarfeinen Fasern integrieren. Forschern der Uni Bonn ist es jetzt gelungen, auf ganz einfache Weise haarfeine optische Faser-Filter zu bauen. Sie sind nicht nur extrem kompakt und stabil, sondern auch noch in der Farbe abstimmbar. Die Wissenschaftler haben die Faserenden mit den Spiegeln in eine gemeinsame Hülse geklebt, die mit Piezokristallen gedehnt wird, und dadurch den Abstand der Spiegel kontrolliert.

„Der miniaturisierte optische Filter leistet einen weiteren Beitrag, um Photonik und Quantentechnologien zur entscheidenden Technologie des 21. Jahrhunderts zu machen”, sagt Dieter Meschede von der Uni Bonn. Er ist Mitglied im Exzellenzcluster „Matter and light for quantum computing“ (ML4Q) der Universitäten Bonn und Köln sowie der RWTH Aachen.

Die miniaturisierten, hochstabilen optischen Präzisionsfilter versprechen zahlreiche Anwendungen: Sie speichern Lichtenergie in einem winzigen Volumen, so dass schon einzelne Photonen für Zwecke der Quantentechnologie effizient gespeichert und manipuliert werden können. Ihre hohe Empfindlichkeit bietet sich zum Bau extrem kompakter und selektiver Sensoren an, zum Beispiel zum Nachweis atmosphärischer Gase. Bei Verwendung noch stabilerer Materialien für die Hülse könnten winzige optische Uhrwerke extrem hoher Frequenzstabilität möglich werden.

RFWU / RK