Schema eines Radiofrequenzsensors (RF-Sensors) basierend auf Rydbergatomen. Diese werden durch Laseranregung in Dampfzellen hergestellt.
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DLR (CC BY-NC-ND 3.0)
Elektromagnetische Strahlung ist die Grundlage für verschiedenste Anwendungen vom Telefonieren über das kabellose Übertragen von Daten bis hin zur Navigation mittels GPS. Um diese Strahlung effizient empfangen zu können, nutzt man typischerweise entsprechende Antennen. Quantenbasierte Feldsensoren erweitern hier die Möglichkeiten von klassischen Sensoren und bieten Vorteile in den Bereichen Sensitivität, Stabilität und nutzbarer Frequenzen [1]. Hier sind insbesondere hochangeregte Atome in so genannten Rydbergzuständen zu nennen. Ersetzt man eine makroskopische Antenne durch ein Ensemble von mikroskopischen Rydbergatomen, können Alterungseffekte und Drifts des Sensors verhindert werden. Das ist unter anderem für Langzeitmessungen von elektrischen und magnetischen Feldern im Weltraum interessant [2].
Wir entwerfen, bauen und testen Rydberg-basierte Feldsensoren für den Weltraumeinsatz. Das umfasst sowohl Sensoren für elektromagnetische als auch magnetische Felder. Dafür bauen wir Prototypen basierend auf der 3-Photonen-Anregung von Rubidiumatomen und nutzen Effekte wie die Autler-Townes Aufspaltung zur Detektion der Felder [3]. Um die Technologie in die Anwendung zu bringen, arbeiten wir eng mit internen und externen Projektpartnern sowie Anwendern an der Miniaturisierung des Sensors und seiner Komponenten.
Extrem kompakte und über einen weiten Frequenzbereich einsetzbare Quantensensoren bieten neue und spannende Möglichkeiten für Kommunikationsanwendungen sowohl im Weltraum als auch auf der Erde. Unsere angewandte Forschung zu Sensoren leistet einen wichtigen Beitrag zur Etablierung dieser Technologie und macht sie für die Industrie verfügbar.
Literatur
[1] Adams, C. S. et al., J. Phys. B 53, 012002 (2020). [2] Dietsche, E. K. et al., Nat. Phys. 15, 326–329 (2019). [3] Fancher, C. T. et al., IEEE Transactions on Quantum Engineering 2, 1-13 (2021).
