Supraleitende optische Sensoren

BMBF-Verbundprojekt SUSY erforscht Tieftemperaturinstrumente für die industrielle Anwendung.

Sensormodul mit einem supraleitenden Einzelphotonensensor und Mikro-Fokus-Optik zur Signaleinkopplung mittels Lichtleitfaser ©Leibniz-Institut für Photonische Technologien / Döring

14.10.14

BMBF-Verbundprojekt SUSY

Sensoren für elektromagnetische Strahlung spielen in den optischen Technologien eine große Rolle. In der modernen Technik werden in Abhängigkeit von der konkreten Messaufgabe und dem relevanten Spektralbereich Sensorkonzepte mit den verschiedensten physikalischen Wirkprinzipien eingesetzt. In Anwendungen mit extremen Anforderungen an die sensorielle Empfindlichkeit hat sich das Konzept der Kühlung des Sensors als effektiv erwiesen, um durch die Reduzierung des thermischen Rauschens die Signalqualität zu verbessern.

Während eine moderate Kühlung oftmals „nur“ die Funktionsprinzipien konventioneller Sensoren aufwertet, bietet eine Tieftemperaturkühlung im Bereich unter 10 Kelvin ( 263°C) zusätzlich das Potential der Nutzung neuer Wirkmechanismen, z.B. durch den Einsatz supraleitender Materialien. In der Forschung werden solche Sensoren bereits eingesetzt. Der teilweise erhebliche technische Aufwand verhindert bislang allerdings den verbreiteten Einsatz solcher Messgeräte.

Das Anfang Oktober 2014 gestartete Projekt SUSY hat sich zum Ziel gesetzt, die hohe Leistungsfähigkeit supraleitender optischer Sensoren auch für industrielle Anwendungen zugänglich zu machen. Dabei besteht die zentrale Aufgabe darin, derartige Sensoren auf eine anwenderfreundliche und kompakte Kühlplattform für Arbeitstemperaturen zwischen 5 und 10 Kelvin zu portieren.

Dafür wird ein neuartiger Pulsrohrkühler mit einer elektrischen Anschlussleistung von etwa 900 W realisiert, welcher weltweit erstmalig die subjektiv abschreckende Kilowatt-Grenze unterschreitet. Auf dieser Plattform können durch einen modularen Systemansatz Sensoren für verschiedene Spektralbereiche integriert werden. Um die Leistungsfähigkeit des Konzeptes unter Beweis zu stellen werden beispielhaft zwei supraleitende optische Sensoren demonstriert, welche den Stand der Technik in der jeweiligen Anwendung übertreffen:

  • 1. Ein supraleitendes Kantenbolometer für Fourier-Transformations-(FT)-Spektrometer im Ferninfrarot-Spektralbereich zwischen 50 µm und 2 mm Wellenlänge. Assoziierter Endanwender für diesen Sensor ist die Firma Bruker Optik GmbH, deren Geräteserie „Vertex“ momentan noch mit heliumgekühlten Detektoren ausgestattet wird.
  • 2.Ein supraleitender Einzelphotonensensor im sichtbaren Spektralbereich für das spektroskopische Studium chemischer und biochemischer Vorgänge über die Methode der zeitkorrelierten Zählung einzelner Photonen. Assoziierter Endanwender für diesen Sensor ist die Firma Becker & Hickl GmbH, welche entsprechende Messsysteme entwickelt und vermarktet.

High-end-Sensoren zur Detektion schwächster Lichtsignale sind sowohl in etablierten als auch in neuartigen optischen Messmethoden ein Garant für eine hohe Leistungsfähigkeit. Die dadurch ermöglichte Verschiebung der Nachweisgrenzen zu immer kleineren Mengen/Konzentrationen ist insbesondere in Anwendungen der Umwelttechnik (z.B. Kontaminationen von Luft, Wasser etc.) und im Life-Science-Bereich (z.B. schneller Nachweis von Erregern zur Prävention von Krankheiten) relevant.

Die Strategie der Partner ist darauf ausgerichtet, die SUSY-Plattform perspektivisch durch weitere Sensoroptionen zu ergänzen und somit gezielt auf neue Anwendungsherausforderungen zu reagieren.

Zu dem SUSY-Verbundprojekt haben sich die Supracon AG (Jena), die TransMIT GmbH (Gießen), die Entropy GmbH (München) und das Leibniz-Institut für Photonische Technologien IPHT (Jena) zusammen geschlossen. Das Projekt wird im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Photonik / Optische Technologien" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis Ende September 2017 mit rund 1,3 Millionen Euro gefördert.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt SUSY (PDF)

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