22.01.2021 - Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Innovationen durch haarfeine optische Fasern

Miniaturisierte hochstabile optische Präzisionsfilter bieten sich zum Bau extrem kompakter und selektiver Sensoren an

Wissenschaftler der Universität Bonn haben auf ganz einfache Weise haarfeine, optische Faser-Filter gebaut. Sie sind nicht nur extrem kompakt und stabil, sondern auch noch in der Farbe abstimmbar. Damit lassen sie sich in der Quantentechnologie einsetzen sowie als Sensoren, etwa für die Temperatur oder zum Nachweis atmosphärischer Gase.

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 Lichtfeldes wird dabei durch den Spiegelabstand bestimmt.

Geeignete Spiegel lassen sich schon länger mit hoher Qualität auf den Enden solcher haarfeinen Fasern integrieren. Forschern der Universität Bonn ist es nun 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 Prof. Dr. Dieter Meschede vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. Der Wissenschaftler ist Mitglied im Exzellenzcluster “Matter and light for quantum computing” (ML4Q) der Universitäten Bonn und Köln sowie der RWTH Aachen und auch im Transdisziplinären Forschungsbereich “Bausteine der Materie und grundlegende Wechselwirkungen” der Universität Bonn aktiv.

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 stabilrer Materialien für die Hülse könnten winzige optische Uhrwerke extrem hoher Frequenzstabilität möglich werden.

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