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Kurzfassung

Das Verfahren der Quantenabbildung mit nicht-detektierten Photonen (“Quantum Imaging with Undetected Photons” - QUIP) gestattet es, Bilder von einem Objekt aufzunehmen, ohne daß dafür das vom Objekt gestreute Licht detektiert werden muß.

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Hintergrund

Bei dem neuartigen Verfahren wird zunächst ein primärer Photonenstrahl in zwei miteinander verschränkte Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aufgespalten.

Die beiden Teilstrahlen werden nun ihrerseits jeweils in zwei miteinander verschränkte Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aufgespalten, wobei je einer der beiden Teilstrahlen zweiter Generation wieder eine der beiden Wellenlängen der ersten Strahlteilung aufweist. Die Teilstrahlen erster und zweiter Generation mit jeweils gleicher Wellenlänge werden wieder zusammengeführt und überlagert, so daß deren Photonen ununterscheidbar werden. Infolge der Verschränkung der so erhaltenen „Kombinationsstrahlen“ unterschiedlicher Wellenlänge miteinander, ist das Verhalten der Photonen des einen Strahls durch Messung der Photonen des anderen Strahls bestimmbar, wobei die beiden miteinander verschränkten Kombinationsstrahlen jedoch unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Mit einem der beiden Kombinations-strahlen wird das zu untersuchende Objekt beleuchtet, der andere Kombinationsstrahl wird „analysiert“. Dadurch kann ein Objekt mit einer Wellenlänge beleuchtet werden, und die Detektion des „Resultats“ der Beleuchtung wird bei einer anderen Wellenlänge vorgenommen.

Das Verfahren beruht somit auf Photonenpaaremission in zwei kohärenten SPDC Prozessen und räumlicher Korrelationen in den Photonenpaaren. Das Bild entsteht als Interferenzmuster in einem der beiden Photonenstrahlen, während sich das Objekt im anderen Photonenstahl befindet. Der „Objektstrahl“ muß nicht detektiert werden, da sein Verhalten infolge der Verschränkung aus dem „Detektionsstrahl“ bei anderer Wellenlänge entnehmbar ist.

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Bilder & Videos

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Lösung

Die Technologie ermöglicht ein Objekt bei einer Wellenlänge zu bestrahlen, das Resultat der Bestrahlung aber bei einer anderen Wellenlänge zu detektieren.

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Vorteile

Das Verfahren ermöglicht die meßtechnische Erschließung von Frequenzbereichen, für die es keine geeigneten Detektoren gibt. Da es unabhängig von der Ausgangsfrequenz durchführbar ist, steht grundsätzlich nahezu der gesamte Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung für den Einsatz des Verfahrens zur Verfügung.

Hinsichtlich Bildgebungsverfahren weist das Verfahren beispielsweise gegenüber dem OPA-Verfahren (Optical Parametric Amplification) den Vorteil auf, daß für die Bestrahlung des Objektes kein kohärenter Strahl der betreffenden „Belichtungs-Wellenlänge“ benötigt wird. Das hier vorgestellte Verfahren erfordert auch keine stimulierten nichtlinearen Prozesse bei der Strahlformung, so daß es mit niedrigeren Strahlintensitäten arbeiten kann, was von großer Bedeutung für empfindliche Proben ist.

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Anwendungsbereiche

Das Verfahren eröffnet zahlreiche bisher unbekannte Möglichkeiten in den Bereichen Bildgebung, Spektroskopie, Photometrie sowie weiterer strahlungsbasierter Untersuchungsverfahren.

Beispielsweise sind mit dem Verfahren Untersuchungen im mittleren Infrarot-Bereich (MIR) durchführbar, etwa in der medizinischen Bildgebung (Krebsdiagnostik). Bildgebung im MIR ist zudem auch bei der Untersuchung von historischen Exponaten, etwa von Gemälden höchst relevant.