Aktuelle Forschungsnachrichten und Nachrichten aus dem Jahresbericht

Bisher erforderte die Abfrage des Referenzübergang von optischen Uhren mit einzelnen Ytterbium-Ionen eine ausgeklügelte Abfolge von Laserpulsen, um Störungen durch hohe Lichtintensitäten zu vermeiden. Nun wurde ein anderer Ansatz gewählt und speziell geformte Laserstrahlen verwendet, die in ihrem Zentrum keine Intensität besitzen. Mit dem Ion in diesem dunklen Zentrum konnte die Anregung des Referenzübergangs nun erstmals nachgewiesen werden. Gemeinsam mit dem Institut für Fundamentale Physik für Metrologie an der PTB erfolgte außerdem ein Vergleich zwischen gemessenen und vorhergesagten Anregungswahrscheinlichkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass diese speziellen Laserstrahlen nicht nur in fortschrittlichen optischen Uhren eingesetzt werden können, sondern auch in Bereichen wie der Quantensimulation und dem Quantencomputing, in denen Ytterbium-Ionen weit verbreitet sind, eine wichtige Rolle spielen können. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letter veröffentlicht.

The paper "Preliminary Results of Angle-Resolved BTDF Characterization of Optical Transmissive Diffusers" in: CEUR-Workshop Proceedings, Vol-3271 (2022), written by Jinglin Fu¹, Jeppe Revall Frisvad², Michael Esslinger¹, Tatjana Quast¹ and Alfred Schirmacher¹ was awarded with the Best Student Paper Award during the Colour and Visual Computing Symposium 2022, held 8th - 9th September 2022 in Gjøvik, Norway.

Auf der Jahrestagung der European Optical Society (EOS) vom 12. bis 16. September 2022 in Porto (Portugal) wurde Tim Käseberg, Doktorand an der PTB, mit dem Preis für den besten Studierendenvortrag ausgezeichnet. Mit dem „EOSAM Best Student Oral Presentation Award“ prämiert die EOS Beiträge von Nachwuchswissenschaftler*innen im Bereich Optik. Der Titel des Vortrags lautete: „Nanoform evaluation approach using Mueller matrix microscopy and machine learning concepts“. In seinem Vortrag präsentierte Herr Käseberg Ergebnisse seiner Forschungsarbeiten aus dem Bereich der optischen Nanometrologie. Mithilfe von Müller-Matrix-Ellipsometrie ist es möglich, periodische Nanostrukturen auf ihre Struktureigenschaften zu untersuchen. Einflüsse nicht-periodischer Nanostrukturen gehen in den Messungen allerdings unter. Daher ist für die Untersuchung solcher Strukturen die Müller-Matrix-Mikroskopie von Vorteil. Als Kombination aus Ellipsometrie und Mikroskopie misst sie die polarisierenden Eigenschaften der Probe für jedes Pixel in einem Mikroskop-Bild. Erste Versuche zeigen, dass aus der Berechnung von sogenannten „Haar-like features“ aus diesen Müller-Matrix-Bildern eine erhöhte Empfindlichkeit auf Strukturänderungen im Subwellenlängenbereich gewonnen werden kann.

Im Rahmen des 25. Kongresses der International Commission for Optics (ICO) vom 05. bis 09. September 2022 in Dresden wurde dem PTB-Doktoranden Tim Käseberg von der International Society for Optics and Photonics (SPIE) ein Preis für den besten Studierendenbeitrag verliehen. Mit dem SPIE Best Student Paper Award werden Nachwuchswissenschaftler*innen in den unterschiedlichen Bereichen der optischen Wissenschaften ausgezeichnet. Die Kommission wählte den PTB-Doktoranden für seine Arbeiten im Bereich der optischen Nanometrologie aus. Herr Käseberg präsentierte seine Forschungsarbeiten unter dem Titel „Mueller matrix microscopy with machine learning inspired nanoform evaluation“. Dabei verdeutlichte er die Notwendigkeit von abbildender Ellipsometrie in der Charakterisierung von nicht-periodischen Nanostrukturen und gab einen Ausblick auf mögliche Anwendungen von maschinellem Lernen in der Auswertung ellipsometrischer Messungen.

The overall SEQUOIA objective is to demonstrate the highest resolution OCT system ever built, protected from environmental noise through AI-based control of orbital angular momentum in a real-world application: retinal imaging.

Improved resolution based on the quantum technologies used in SEQUOIA will lead to better ophtalmologic diagnostic tools.

The paper “Round robin comparison study on the form measurement of optical freeform surfaces." Journal of the European Optical Society-Rapid Publications 16.1 (2020): 1-15”, written by Ines Fortmeier¹, Reyko Schachtschneider², Vit Ledl³, Ondrej Matousek³, Jens Siepmann⁴, Antonia Harsch⁵, Rolf Beisswanger⁵, Youichi Bitou⁶, Yohan Kondo⁶, Michael Schulz¹ and Clemens Elster² was awarded with the EOS Prize 2022. The EOS Prize is awarded for the best paper published in the open access online journal of the EOS (JEOS:RP) jeos.edpsciences.org. It has been selected amongst the articles published in the period 2020-2022 based on its impact and quality. The prize was handed out during the European Optical Society Annual Meeting, EOSAM, held 12-16 September 2022 in Porto, Portugal.

The paper describes a round robin comparison study of freeform form measurements, which was carried out by the project partners and stakeholders of the European metrology research project “15SIB01: FreeFORM” within the EMPIR programme. Altogether six measuring instruments were considered: five different (pointwise and areal) optical devices and one tactile device.

The open access paper can be found here: doi.org/10.1186/s41476-019-0124-1

For more information, please visit: www.europeanoptics.org/news/bringing-together-photonics-community.html and www.europeanoptics.org/pages/distinctions/awards/eos-prize.html

For more information about the European project, please visit: ptb.de/emrp/freeform-home.html

As research and applications in the field of quantum computing, quantum sensing, quantum communication and quantum metrology are advancing rapidly, the request on stable single-photon emitters and precisely calibrated measurement devices has increased. There is a huge variety of emitters, most notably organic molecules, which have been proven to consistently emit single photons quasi on demand. Merging the advantageous features of organic dyes, such as their high stability and brightness, with the molecules’ nanoscopic size and strong zero-phonon line, especially at liquid helium temperatures, organic dye molecules are very promising candidates to be used in quantum radiometry and single-photon metrology. One prerequisite for these applications is the formation of a stable guest-host-system. In the poster, Franziska Hirt presented results on thin layer fabrication methodologies, these are the fabrication of dibenzoterrylene (DBT) molecules in anthracene (Ac) nanocrystals using the reprecipitation growth and embedding DBT in C60 layers using organic molecular beam epitaxy (OMBE).

Atmosphärische Aerosole beeinflussen das Klima durch Wechselwirkungen mit der Sonnenstrahlung und ihre Auswirkung auf die Wolkenbildung. Die Abschwächung der Sonnenstrahlung, die die Aerosolschicht durchdringt, wird durch die Aerosol Optische Dicke (AOD) beschrieben. Die AOD wird aus atmosphärischen Transmissionsmessungen bestimmt, wobei die Sonne als Quelle dient. Die Messungen in globalen Aerosolüberwachungsnetzen sind auf Referenzgeräte (Artefakte) rückgeführt, die mit Hilfe von Langley-Verfahren in Messgeräteeinheiten kalibriert wurden. Kürzlich wurde eine SI-rückfgeführte Bestimmung der säulenintegrierten AOD demonstriert, die aus der passiven Fernerkundung der Atmosphäre mit SI-rückfgeführten Messungen der direkten solaren spektralen Bestrahlungsstärke gewonnen wurde. Dazu wurde ein Filterradiometer des Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums Davos (PMOD), World Radiation Centre (WRC), das die direkte solare spektrale Bestrahlungsstärke zur Bestimmung der AOD misst, am spektral durchstimmbaren Laseraufbau TULIP des Fachbereichs 4.1 "Photometrie und Spektroradiometrie" der PTB charakterisiert und kalibriert. Die gemessenen SI-rückfgeführten solaren Bestrahlungsstärken wurden zusammen mit drei Top-of-the-Atmosphere (TOA)-Sonnenspektren zur Bestimmung der AOD verwendet. Die Übereinstimmung mit den derzeitigen Methoden liegt deutlich innerhalb der von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) empfohlenen Grenzen.

New article in JOSA A:
Structured metasurfaces enable new possibilities for beam shaping and the miniaturisation of optical elements.
In the literature metasurfaces employing subwavelength structures are commonly related to anomalous reflection and refraction and associated with discontinuities of the wave vector at the interface.
In our article we employ classic diffraction theory to describe the far field diffraction pattern of such structured metasurfaces, define clear limitations for the applicability of generalized reflection and refraction laws and resolve some issues with misleading explanations.
The article supports the understanding of light propagation through subwavelength structured metasurfaces and contains important recommendations how to avoid misleading nomenclature.

Auf der 123. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik (DGaO) in Pforzheim wurde Jan Krüger, Doktorand an der PTB, mit dem Posterpreis ausgezeichnet. Der Titel des Posters lautete: „Untersuchung des Schwingungseinflusses auf gemessene Punktspreizfunktionen in der optischen Mikroskopie“.