Einzelne Photonen als Lichtquelle für die Radiometrie
Aus dem Jahresbericht 2020
03.03.2021
Schematische Darstellung der Molekül-basierten Einzelphotonenquelle für Anwendungen in der Quantenradiometrie, z. B. für die Kalibrierung eines Einzelphotonendetektors (1, SPAD) über einen Referenzdetektor (2, analog). Der Wert von g(2)(0) = 0,08 bedeutet eine sehr niedrige Wahrscheinlichkeit, dass zwei Photonen gleichzeitig emittiert werden. Die Quelle ist mit einer Linienbreite der Emission von 0,2 nm sehr schmalbandig und emittiert bis zu 1,5 Millionen Photonen pro Sekunde. DBT: Dibenzoterrylen.
Die PTB arbeitet intensiv an der Entwicklung und messtechnischen Charakterisierung von Einzelphotonenquellen für die Quantenradiometrie. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit Forschungspartnern in europäischen Metrologie-Forschungsprogrammen (z. B. EMPIR). Eine im Rahmen des derzeit laufenden EMPIR-Projekts „Single Photon Sources as New Quantum Standards“ (SIQUST) neu entwickelte Einzelphotonenquelle auf der Basis des organischen Farbstoffmoleküls Dibenzoterrylen stellt einen bedeutsamen Schritt in Richtung der Etablierung einer Normal-Einzelphotonenquelle dar.
Einzelphotonenquellen sind sogenannte nicht-klassische Lichtquellen. Anders als Laser oder Glühlampen senden sie das Licht nur als einzelne Quanten (Photonen) aus. Besonders für den Bereich der Quantenradiometrie sind Einzelphotonenquellen interessant, da hier sehr niedrige optische Leistungen im Bereich von Femtowatt (ca. ein Milliardstel der Leistung eines Laserpointers) mit geringer Messunsicherheit gemessen werden müssen. Die einzelnen Photonen werden erzeugt, indem ein einzelnes Atom, Molekül oder Ion angeregt wird, das genau ein Photon pro Anregung aussenden kann. Eine solche Einzelphotonenquelle bietet prinzipiell die Möglichkeit, ein neues Primärnormal für die optische Leistung zu realisieren, das den Schwarzkörperstrahler und die Synchrotronstrahlungsquelle ergänzt.