Das Projekt „Single Photon Upconversion Detection“ (SPUD) wird vom Fraunhofer-Zentrum für Angewandte Photonik (CAP) in Zusammenarbeit mit Covesion Ltd. geleitet und vom Enabling Technologies Programme (ETP) der britischen Raumfahrtagentur (UKSA) gefördert. Ziel ist die Entwicklung eines hocheffizienten MIR-Einzelphotonen-Upconversion-Bildgebungssystems, das auf der periodisch gepolten µm Wellenleitertechnologie (PPLN) von Covesion Ltd. basiert und deren Einsatzmöglichkeiten auf MIR-Wellenlängen bis zur Materialtransparenzgrenze von 5 µm erweitert.
Das SPUD-Projekt konzentriert sich auf drei Hauptziele:
- Entwicklung von PPLN-Wellenleitern: Konstruktion von Wellenleitern, die MIR-Wellenlängen für eine effiziente Aufwärtskonvertierung unterstützen.
- Entwurf eines optischen Aufwärtskonvertierungsaufbaus: Aufbau eines hocheffizienten Frequenzaufwärtskonvertierungssystems.
- Demonstration der Upconversion-Bildgebung: Validierung der Systemleistung durch hochauflösende Bildgebung.
Die Erfolgskriterien für das Projekt basieren auf Bildtreue, Entfernungsbereich der Bildaufnahme und Aufnahmezeit, um sicherzustellen, dass das System weiterentwickelt werden kann, um den hohen Anforderungen von Weltraumanwendungen gerecht zu werden.
Die derzeit verwendeten MIR-Detektionstechnologien, wie beispielsweise HgCdTe-Sensoren, stehen vor Herausforderungen wie geringer Detektionseffizienz, hohem Rauschpegel und dem Bedarf an kryogener Kühlung. Der Upconversion-Ansatz von SPUD wandelt MIR-Licht in das sichtbare/nahe Infrarotspektrum (NIR) µm , ein Übergang, der durch die Nutzung der bereits für diese kürzeren Wellenlängen entwickelten, ausgereiftenctomehrere Vorteile bietet:
- Höhere Detektionseffizienz: Reduziertes Rauschen und verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis.
- Schnellere Zeitauflösung: Ideal für Anwendungen wie Präzisions-LIDAR und Fernerkundung.
- Wegfall der kryogenen Kühlung : Ein entscheidender cto für Weltraumanwendungen, der Gewicht und Leistungsaufnahme µm .
MIR-Bildgebung und -Sensorik sind für eine Vielzahl von Anwendungen von entscheidender Bedeutung, darunter Erdbeobachtung und Umweltüberwachung, und ermöglichen die Erkennung von Treibhausgasemissionen und Freisetzungen gefährlicher Stoffe.
Die MIR-Sensorik findet auch in der optischen Kommunikation Anwendung, indem sie das atmosphärische Transmissionsfenster im mittleren Infrarotbereich für eine verbesserte Kommunikationseffizienz nutzt. Für LIDAR und 3D-Bildgebung bietet die verbesserte Detektion im mittleren Infrarotbereich eine überlegene Durchdringung von Rauch und Nebel und erhöht somit die Detektionsfähigkeit.
SPUD stellt einen Meilenstein in der MIR-Detektion und -Bildgebung dar und bietet eine bahnbrechende Alternative zu bestehenden Sensortechnologien. Durch die Bündelung der Expertise von Fraunhofer CAP und Covesion ebnet dieses Projekt den Weg für leistungsstarke und kosteneffiziente Lösungen in der Weltraumforschung, der Umweltüberwachung und darüber hinaus. Mit seinem hohen Kommerzialisierungspotenzial und der kontinuierlichen technologischen Weiterentwicklung wird SPUD die MIR-Bildgebung und -Detektion grundlegend verändern.
Das Projekt hat eine Laufzeit von 13 Monaten und beginnt im September 2023.
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