Erfolgreicher Start des BMBF-Projekts „UV‐KrisP – Kohärente Dauerstrichstrahlung im Vakuum‐UV“

IKZ und Fraunhofer IPM entwickeln neues Kristallmaterial

Frank Kühnemann (Fraunhofer IPM), Hiroki Tanaka (IKZ), Simon Herr (Fraunhofer IPM) und Matthias Bickermann (IKZ). Im Hintergrund ein Bild eines am IKZ hergestellten BaMgF4-Kristalls | Foto: Fraunhofer IPM / Holger Kock

In den nächsten drei Jahren wird das IKZ zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg ein neues Kristallmaterial entwickeln. Dieses Material ist in der Lage, mit Hilfe kommerzieller Festkörperlaser Laserstrahlung im Vakuum-Ultraviolett (mit einer Wellenlänge unter 200 nm) durch nichtlineare-optische Frequenzkonversion zu erzeugen. Dafür haben wir Fördermittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Photonik und Quantentechnologien“ eingeworben [1]. Im „Kick-off“-Meeting in Freiburg wurde dazu jetzt der Projektplan vorgestellt.

Dauerstrich‐Laser mit Wellenlängen unterhalb von 190 nm sind bislang nicht verfügbar. Sie werden für wichtige quantentechnologische und metrologische Anwendungen benötigt, z.B. für noch präzisere Atomuhren, ionische Qubits für das Quantencomputing, Detektion optischer Übergänge und hoch ortsaufgelöste Inspektion in der Halbleiterfertigung. Im Projekt wird das IKZ hochreine und extrem defektarme BaMgF₄-Kristalle herstellen und daraus dünne Chips präparieren, die anschließend am Fraunhofer IPM mit einer dort entwickelten Methode hochpräzise periodisch gepolt werden [2]. Dabei wird die Kristallstruktur lokal und mit sub-Mikrometer Genauigkeit durch ein elektrisches Feld periodisch invertiert. Erst dadurch wird die Frequenzverdopplung der Strahlung in den Vakuum-UV-Wellenlängenbereich möglich. Dies wurde bisher allerdings noch nicht experimentell gezeigt. Die Projektpartner werden die Schlüsseltechnologien entwickeln und damit die Erzeugung von Strahlung im Zielwellenlängenbereich demonstrieren. Die Verfügbarkeit solcher kohärenter Strahlquellen wird zu neuen und verbesserten anwendungs‐ und marktrelevanten Quantentechnologien, Strukturierungs- und Charakterisierungsverfahren führen. Eine bedeutende Anwendung ist die präzise Anregung von ²²⁹Th-Atomkernen bei 148 nm für eine neue, um mehrere Größenordnungen präzisere Atom“kern“uhr [3].

• [1] https://www.quantentechnologien.de/forschung/foerderung/wissenschaftliche-vorprojekte-wivopro-photonik-und-quantentechnologien/uv-krisp.html
• [2] S.J. Herr, H. Tanaka, I. Breunig, M. Bickermann, F. Kühnemann, “Fanout Periodic Poling of BaMgF₄ Crystals”, Opt. Mater. Express 13 (2023) 2158-2164. https://doi.org/10.1364/OME.492170
• [3] https://thoriumclock.eu/, https://nuquant.physik.uni-mainz.de/

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