Wie alltäglich und elementar die Messung von Licht in unserer heutigen Welt ist, wird mit jedem aufgenommenen Foto deutlich: ein Sensor registriert helle und dunkle Bereiche und speichert diese als Bild ab. Dabei nehmen die meisten Kameras aber nur eine Eigenschaft des Lichts war, die Intensität (Farben werden dabei lediglich indirekt über verschiedene Farbfilter aufgenommen). Tatsächlich haben Lichtwellen aber noch weitere wichtige Eigenschaften wie die Polarisation, also die Schwingungsrichtung der Lichtwelle, und die Phase, also der zeitliche Versatz von Lichtwellen. Um auch diese zu messen, benötigt es weitere optische Elemente, arrangiert in teils aufwendigen Aufbauten.
Um derartige Messungen in Zukunft zu vereinfachen, arbeiten Wissenschaftler verschiedener Länder und Universitäten in einem europäischen Forschungsprojekt namens „SuperPixels“ zusammen. Integrierte photonische Chips sollen als eine neuartige Sensor-Plattform zur Vermessung von Licht etabliert werden und spannende Anwendungen ermöglichen.
Ein Team unter der Federführung der OpNaQ Gruppe an der Universität Graz konnte nun erstmals verschiedene Lichtstrahlen mit Hilfe von solch photonischen Chips vermessen. Dabei wurde eingekoppeltes Licht in Wellenleitern, die wie Autobahnen für Lichtfelder fungieren, auf der Oberfläche des Chips miteinander vermischt und resultierende Muster verglichen. Dies ließ simultane Rückschlüsse über die Intensität, die Polarisation und die Phase der Strahlen zu, die auf den Detektor fielen. Bevor derartige Messungen möglich waren, musste ein einfach implementierbares Verfahren zur Kalibrierung dieser Detektoren entwickelt und getestet werden. Die zuvor genannten Parameter beinhalten nicht nur weitreichende Informationen über die Qualität des vermessenen Lichtfeldes, sondern auch über die Umgebung bzw. die Objekte, mit denen das Licht interagierte. Diese Ergebnisse und weitere Details wurden kürzlich in der Zeitschrift Optica veröffentlicht.
Johannes Bütow, Jörg S. Eismann, Maziyar Milanizadeh, Francesco Morichetti, Andrea Melloni, David A. B. Miller, and Peter Banzer, "Spatially resolving amplitude and phase of light with a reconfigurable photonic integrated circuit," Optica 9, 939-946 (2022); https://doi.org/10.1364/OPTICA.458727
Kontakt: Peter Banzer oder Johannes Bütow; Optics of Nano and Quantum Materials (website)