2019S 704710 Seminar mit Bachelorarbeit

Themenauswahl aus dem Forschungsgebiet Photonik

Betreuung: Gregor Weihs (GW), Robert Keil (RK)

Die Themen können entweder nur auf der Basis von Fachliteratur oder mit eigener experimenteller bzw. computerunterstützter Komponente bearbeitet werden. Für letzere Variante ist es unabdingbar das Laborpraktikum der Experimentalphysik: Optik (704718/704727, Themen siehe ) zusätzlich zu belegen, entsprechend drei Wochen Vollzeit Arbeit im Labor. Ansonsten kann der Zeitaufwand für die Bachelorarbeit nicht bewältigt werden. Wir empfehlen, das Laborpraktikum nach Absprache mit dem Betreuer bereits in den Semesterferien zu beginnen.

B1 Quellen bedingter Einzelphotonen (GW)

Eine Quelle von Photonenpaaren kann dazu benutzt werden, bedingte Einzelphotonen herzustellen, indem eines der beiden Photonen als Ankünder des anderen verwendet wird. Unter der Bedingung, das Ankünderphoton detektiert zu haben, kann man dann (mit hoher Wahrscheinlichkeit) davon ausgehen im Signalarm ein einzelnes Photon zu haben. Solche Quellen haben Vor- und Nachteile gegenüber echten Einzelphotonquellen und ihre Leistungsfähigkeit muss in mehrerer Hinsicht beurteilt werden, z.B. die Effizienz und die Mehrphotonunterdrückung.

In der Bachelorarbeit sollen anhand der Literatur die Eigenschaften solcher Quellen untersucht und der Stand der Entwicklung dargestellt werden. Bei Wahl der experimentellen Komponente soll im Laborpraktikum eine existierende Quelle untersucht und charakterisiert werden.

 

B2 Einzelphotonendetektion mit supraleitenden Nanodrähten (GW)

Um einzelne Photonen mit hoher Effizienz und geringem Rauschen nachzuweisen benötigt man nahezu rauschfreie Verstärkung. Neben Photomultipliern und Lawinendioden haben sich Nanodrähte aus Supraleitern als nahezu ideale Detektoren etabliert. Dabei erzeugt die Absorption eines einzelnen Photons eine Erwärmung, welche die Supraleitung im Nanodraht zusammenbrechen lässt und dadurch einen Spannungspuls auslöst.

In der Bachelorarbeit sollen anhand der Literatur der Mechanismus der Detektion erarbeitet und die Charakteristiken solcher Detektoren beschrieben werden. Bei Wahl der experimentellen Komponente soll im Laborpraktikum ein solches Detektionssystem hinsichtlich seiner spektral abhängigen Effizienz und der Zeitgenauigkeit untersucht werden.

B3 Nichtlinearität bei der elektrischen Messung der Lichtleistung (RK)

Die Linearität eines Sensors ist die wesentliche Grundlage genauer Messungen. Photodioden an sich liefern ein Signal das hochgradig linear mit der einfallenden Lichtleistung ist. Allerdings muss die gesamte Messkette vom Sensor bis zum Messwert betrachtet werden, deren Elemente zu Abweichungen von der Linearität beitragen. Verstärker und auch passive elektronische Bauelemente sind immer begrenzt linear.

In der Bachelorarbeit sollen anhand der Literatur die erzielbare Linearität eines Photodiodensystems analysiert werden und die Ursachen für die (kleine) Nichtlinearität untersucht werden. Insbesondere soll auch auf die Möglichkeit eingegangen werden, wie die (Nicht-)Linearität gemessen werden kann. Bei Wahl der experimentellen Komponente soll die Rest-Nichtlinearität eines auf Linearität optimierten Photodetektors gemessen werden.

  • T. Kauten, B. Pressl, T. Kaufmann, and G. Weihs, Measurement and modeling of the nonlinearity of photovoltaic and Geiger-mode photodiodes, Rev. Sci. Instrum. 85, 063102 (2014). http://doi.org/10.1063/1.4879820 
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