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InnoVaQ
Credit:
T. Leopold / DLR (alle Rechte vorbehalten)
Die Entwicklung von transportablen Quantensensoren setzt einen hohen Miniaturisierungs- und Integrationsgrad voraus. Ziel des Projekts InnoVaQ ist die Entwicklung von Technologien zur Miniaturisierung von Ultrahochvakuum-Systemen für Quantensensoren basierend auf Erdalkali-Atomen. Diese können für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für Atomuhren, Gravimeter und Inertialsensoren.
Quantensensoren basierend auf Erdalkali-Atomen werden aufgrund ihrer vorteilhaften atomaren Levelstruktur in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in Atomuhren, Gravimetern, Magnetometern und Inertialensoren. Verglichen mit Alkali-basierten Sensoren sind diese aber technisch wesentlich aufwändiger zu realisieren. Insbesondere für die Entwicklung von alltagstauglichen und transportablen Quantensensoren ist ein hoher Miniaturisierungs- und Integrationsgrad des Vakuumsystems erforderlich, der nicht mit existierenden Technologien erreicht werden kann.
Ziel des Projekts InnoVaQ ist die Entwicklung von drei Technologien zur Realisierung eines hochkompakten Ultrahochvakuum-Aufbaus für einen Quantensensor basierend auf Strontium-Atomen.
Zum einen wird die additive Fertigung von Titan-Vakuumkammern untersucht. Dies erlaubt neue Geometrien und integrierte funktionale Strukturen in der Kammer. Beispielsweise können Kühlkanäle in die Kammerwand integriert werden, oder Haltestrukturen direkt in der Kammer vorgesehen werden.
Um diese Kammer auf Ultrahochvakuum-Level zu halten, wird eine miniaturisierte Vakuumpumpe entwickelt. Diese soll gleichzeitig auch als Drucksensor dienen. Das Funktionsprinzip basiert auf einem magnetfreien Feldemitter-Ansatz, wobei sowohl das Schleifen von Emitterspitzen aus Silizium, als auch aus Saphir erprobt wird.
Außerdem wird eine wafer-basierte Atomquelle für metallische Atome entwickelt. Durch Mikrostrukturierung von Glas-Wafern wird eine Mikro-Heizplatte mit geringer thermischer Masse erzeugt, die sehr gut thermisch von der Umgebung isoliert ist. Dies ermöglicht ein schnelles und effizientes Heizen der zu verdampfenden Atome, ohne die gesamte Kammer auf eine hohe Temperatur bringen zu müssen.
Diese Technologien werden in einer Demonstratorkammer mit einem Innenvolumen von wenigen Kubikzentimetern kombiniert. In Verbindung mit einer vom DLR entwickelten kompakten Atomfalle (Gitter-MOT) wird die Funktionalität als Quelle von Strontium-Atomen demonstriert.
Projektbeteiligte
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
- LPKF Laser & Electronics AG
- VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt
- Leibniz Universität Hannover
- Fakultät für Maschinenbau - Institut für Mikroproduktionstechnik
Gefördert durch
Beteiligte Abteilungen
Kontakt
apl. Prof. Carsten Klempt
Kommissarische Leitung Optische Frequenzmetrologie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
Optische Frequenzmetrologie
Callinstrasse 30b, 30167 Hannover