Erzeugung und Anwendungen von stark gequetschten Vakuum-Zuständen des Lichtes

• Antragsteller: Dr. Henning Vahlbruch
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269638877

In vielen Demonstrationsexperimenten sind gequetschte Vakuumzustände des Lichts genutzt worden, um das Photonenzählrauschen (Schrotrauschen) in der Quantenmetrologie zu verringern, und somit die Meßempfindlichkeit zu erhöhen. Die erste kontinuierliche Anwendung von gequetschtem Licht erfolgt seit inzwischen mehr als zwei Jahren in dem Gravitationswellendetektor GEO600, bei Hannover. Die hieraus gewonnen Erfahrungen belegen den großen generellen Nutzen dieser Technologie in der Quantenmetrologie. Für zukünftige Anwendungen zeigt sich jedoch der große Bedarf an stärker gequetschten Zuständen. Zugleich erfordert die zur Zeit komplexe Struktur der Quetschlichtquelle eine weitere Vereinfachung, um deren Zuverlässigkeit zu erhöhen. In diesem Antrag wird daher die experimentelle Realisierung einer Quetschlichtquelle bei einer Wellenlänge von 1064nm vorgeschlagen, die erstmalig auf auf einem linearen, zweifarben-resonanten, optischen Resonator basiert. Diese neue Technologie verspricht einen bisher unerreicht hohen Quetschgrad in einem sehr weiten Frequenzbereich, der sich vom Audioband bis hin zu MHz-Seitenband-Frequenzen erstreckt, bei einer gleichzeitig erheblichen Reduzierung der zur Erzeugung stark gequetschter Zustände erforderlichen Komponenten. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems gesteigert werden können.Das erzeugte stark gequetschte Licht soll anschließend genutzt werden, um in zwei innovativen Anwendungen weitere Aspekte der nicht-klassischen Interferometrie zu untersuchen. Erstmals wird über die Messung der Reinheit von gequetschten Zuständen die Quanteneffizienz von Photodioden in einer direkten Messmethode bestimmt. Bisher kann die Quanteneffizienz nur aus klassischen Vergleichsmessungen mit einem signifikanten Fehlerbalken abgeleitet werden. Eine direkte absolute Bestimmung mittels stark gequetschter Licht-Zustände verspricht hingegen einen Messungenauigkeit von unter einem Prozent. Hieraus ergeben sich wichtige Schussfolgerungen für die Optimierung der Detektion von gequetschten Licht in weiten Teilen der Quantenmetrologie und Quanteninformation. Darüber hinaus wird in einer weiteren Anwendung experimentell gezeigt werden, wie eine Laser-Leistungsstabilisierung, über die Grenze des Quantenrauschens hinaus, durch die Verwendung von gequetschtem Licht weiter verbessert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen