Aufbau einer mit Reaktivgas gefüllten, hochgenauen Atomresonanzzelle mittels Ionenimplantation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heiner Ryssel; Professor Dr. Helmut Seidel
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 136252418

Mit Cäsium oder Rubidium gefüllte Zellen in kompakter mikromechanischer Bauweise erlangen zunehmend an Bedeutung, da sie insbesondere die Basis für stark miniaturisierte Atomuhren mit Anwendungen in der Telekommunikation oder in der Satellitennavigation, für hochempfindliche Magnetfeldsensoren oder auch für Gyroskope nach dem Prinzip der nuklearen magnetischen Resonanz darstellen. Diese Aufbauten nutzen im Gegensatz zu klassischen Atomuhren den quantenoptischen Effekt des „Coherent Population Trappings“, womit eine um Größenordnungen kompaktere Bauweise möglich ist. Auf Grund der starken Reaktivität der genannten Substanzen mit Luftsauerstoff und Feuchtigkeit gibt es bis jetzt nur sehr unzulängliche und mit erheblichen Nachteilen verbundene Befüllungsverfahren für diese Substanzen. Die Antragsteller bringen ein neuartiges, auf Ionenimplantation beruhendes Verfahren ins Spiel, das von Ihnen zum Patent angemeldet wurde und erhebliches Vereinfachungspotenzial besitzt. Zielsetzung dieser Arbeit ist die Ausarbeitung dieses Verfahrens in Verbindung mit der Realisierung einer Resonatorzelle, deren prinzipielle Funktionsfähigkeit optisch nachgewiesen werden soll. Dabei sind auf der einen Seite Arbeiten zur Implantation und zum Diffusionsverhalten der reaktiven Substanzen erforderlich, auf der anderen Seite muss ein funktionsfähiges System inklusive geeigneter Puffergasgemische, einer integrierten Beheizungsmöglichkeit und einer optimierten Beschichtung der Innenflächen der hermetisch dicht verkapselten Kavitäten aufgebaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Lasersystem für Spektroskopie und CPT