Kompakter Geschwindigkeitssensor basierend auf Fresnel-Fizeau Effekt

• Antragsteller: Dr. Markus Krutzik
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448245255

Für ein neues Zeitalter der autarken Mobilität und GPS-unabhängigen Navigation werden neuartige Sensoren benötigt, die die immensen Anforderungen an eine führerlose Positionsbestimmung, in Form von kleinsten Bauteilen realisiert, erfüllen können. Während klassische Lösungen an harte Grenzen stoßen, bieten Quanten-Inertialsensoren schon jetzt Empfindlichkeiten und Genauigkeiten, die über bestehende Lösungen hinausgehen, jedoch in den verfügbaren Bandbreiten begrenzt sind und in kompakter Bauform noch nicht realisiert wurden.In diesem Projekt werden wir einen kompakten, robusten, optischen Geschwindigkeitssensor auf Basis von elektromagnetisch induzierter Transparenz (EIT) in thermischen Rubidium realisieren und das Funktionsprinzip in einer gemeinsamen taiwanesisch-deutschen Messkampagne in Berlin demonstrieren. Im Gegensatz zu kalte Atom-basierten Quanten-Inertialsensoren nutzt das zugrunde liegende Konzept nicht die Erzeugung von dichten Atomwolken mit geringer thermischer Ausdehnung, welches komplexe Vakuumkammern und zusätzliche Laser/Magnetfelder für die Laserkühlung erfordert, sondern basiert auf thermischen Atomen bei Raumtemperatur in einer kompakten Dampfzelle und vereinfacht daher dramatisch den gesamten Versuchsaufbau. Um diese Sensoren in einem nächsten Schritt um mehrere Größenordnungen zu miniaturisieren und eine zukünftige Herstellung in industriellen Mengen zu geringen Kosten zu ermöglichen, werden wir wafer-basierte Produktionsverfahren für integrierte Spektroskopiezellen untersuchen.Wir möchten den Fresnel-Fizeau Effekt basierend auf elektromagnetisch induzierten Transparenz (EIT) in einer kompakten Dampfzelle erforschen und damit ein Experiment entwickeln, um den ersten Geschwindigkeitssensor seiner Art zu demonstrieren. Ein Hauptziel dieses Projekts wird insbesondere darin bestehen, die Empfindlichkeit dieses Experiments im Vergleich zur ersten grundlegenden Demonstration des taiwanesischen PI um 3 Größenordnungen zu erhöhen, bei gleichzeitiger Erhöhung der Kompaktheit des Aufbaus aufgrund Expertise in vakuumkompatibler Integrationstechnologien und optischer Präzisionsspektroskopie des deutschen PIs. Darüber hinaus werden wir Möglichkeiten für photonisch-elektronische Integrationskonzepte entwickeln, um diesen Typ von Geschwindigkeitssensor als Baustein für die Entwicklung neuartiger, hybrider Ansätze für Navigationssensoren zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Mitverantwortlich: Dr. Mustafa Gündogan
• Kooperationspartner: Professor Pei-Chen Kuan, Ph.D.