Masterarbeit: Optische Intensitätsinterferometrie und Detektorcharakterisierung

Am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB machen wir aus neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen technische Innovationen – und leisten so unseren Beitrag zur Gestaltung der Zukunft.

Du unterstützt unser Team im Bereich der optischen Sensorik und arbeitest an einem neuen experimentellen Aufbau für robuste und hochauflösende Bildgebung. In diesem Projekt untersuchen wir die optische Intensitätsinterferometrie. Anders als bei klassischen Interferometern werden Lichtwellen dabei nicht direkt überlagert. Stattdessen werden die Ankunftszeiten einzelner Photonen gemessen und statistisch miteinander verglichen. Genutzt wird ein Effekt aus der Quantenoptik: Bei geeignetem Licht treffen Photonen mit leicht erhöhter Wahrscheinlichkeit kurz nacheinander ein („Photonen-Bunching“). Aus diesen Korrelationen lassen sich Informationen über Größe und Struktur einer Lichtquelle oder eines beleuchteten Objekts gewinnen. Die für die räumlich aufgelöste Bildgebung benötigten Informationen werden dabei ohne direkte Messung der optischen Phase des Lichts gewonnen. Dadurch eröffnet das Verfahren neue Perspektiven für hochauflösende Aufnahmen über größere Entfernungen, die über die Leistungsfähigkeit rein klassischer Bildgebungsverfahren hinausgehen können, da atmosphärische Störungen einen deutlich geringeren Einfluss haben.

Im Projekt wird das Prinzip in einem kompakten Laboraufbau untersucht. Dabei sollen die Vorteile eines neuartigen, zeitauflösenden Einzelphotonen-Arraydetektors erstmals in diesem experimentellen Kontext demonstriert werden. Eine LED beleuchtet eine strukturierte Maske, die als Testobjekt dient. Das von der Maske ausgehende Licht wird spektral gefiltert, auf eine definierte Polarisation begrenzt und anschließend mit dem schnellen Detektorarray erfasst. Aus den Zeitstempeln der detektierten Photonen werden Korrelationen zwischen verschiedenen Detektorbereichen bestimmt, aus denen sich räumliche Informationen für die Bildrekonstruktion gewinnen lassen. Das Projekt verbindet damit Themen aus der klassischen und der Quantenoptik, der Elektronik und Messtechnik sowie der statistischen Signalverarbeitung und Programmierung. Es bietet einen praxisnahen Einstieg in die Entwicklung und Untersuchung moderner photonischer Sensorsysteme.

Klingt spannend? Dann bewirb dich jetzt! An unserem Standort in Ettlingen wartet deine Chance, Teil unserer renommierten Forschungseinrichtung zu werden und dein theoretisches Wissen direkt in einem aktuellen Forschungsthema praktisch anzuwenden.

Hier sorgst Du für Veränderung

- Aufbau und Justage eines optischen Versuchsaufbaus zur Intensitätsinterferometrie

- Charakterisierung und Kalibration des Einzelphotonen-Detektor-Arrays und der Zeitmessung

- Durchführung und Auswertung von Messreihen mit variierenden Maskengeometrien, Beleuchtungsstärken, Spektralfiltern und Detektoren

- Weiterentwicklung der Software zur Auswertung von Photonenzeitstempeln und zur interferometrischen Bildgebung

- Vergleich der Messergebnisse mit vorhandenen Modellen sowie Analyse von Unsicherheiten und Nachweisgrenzen