„Resonate Bright Like a Diamond“ Verbundprojekt zu diamantbasierten Lasern
Wer maximale Präzision will, braucht einen Laser mit möglichst stabiler Frequenz. Eine Kooperation zwischen der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover will diese Herausforderung erstmals mit diamantbasierten Materialien angehen. Gerade hochempfindliche Quantentechnologien könnten so von bis zu viermal stabilere Lasern profitieren – oder die aktuell besten Laser auf einem Viertel des Platzes unterbringen. Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte Projekt bietet damit große Chancen für die Anwendung – von Quantencomputern über Gravitationswellendetektoren bis hin zur industriellen Wertschöpfung.
Die genauesten Uhren der Welt sind von ihnen genauso abhängig wie die kilometerlangen Gravitationswellendetektoren: Präzisionslaser sind buchstäblich maßgebend für eine Vielzahl von Quantentechnologien und Großforschungsprojekten. Für den nächsten Schritt zu noch empfindlicheren Sensoren arbeiten Forschende weltweit daran, verschiedene Rauschquellen zu minimieren, die etwa die Frequenzstabilität limitieren. Im entscheidenden Bauelement für die Frequenz, dem sogenannten optischen Resonator, kommen selbst auf niedrigste Temperaturen gekühlte Silizium- oder Saphirspiegel an ihre Grenzen und liefern ohnehin nur Höchstleistung, wenn sie ausreichend Platz im Versuchsaufbau bekommen.
Die Arbeitsgruppe um Professorin Stefanie Kroker konnte an der TU Braunschweig in den letzten Jahren bereits erfolgreich mit meta-strukturierten Spiegeln stabilere Resonatoren auf weniger Raum realisieren. Im Projekt „All-Diamond Optical Cavitites“ (ADOC) soll nun gemeinsam mit Professor Marc Wurz von der Leibniz Universität Hannover die erfolgreiche Methodik durch den Einsatz von Diamant-Materialien in Zukunft neue Standards setzen. Dafür entwickeln die Projektpartner in den kommenden 3 Jahren die neuartigen Verbundmaterialien und erforschen ihre Eigenschaften.
Wirtschaftliche Aspekte von Beginn an mitdenken
Das ambitionierte Ziel des Forschungsteams: Auf der einen Seite vierfach stabilere Frequenzen dank diamantbasierter optischer Resonatoren. Auf der anderen Seite könnten die gleichen Ergebnisse ermöglichen, den aktuellen Stabilitätsstandard auf einem Viertel des Platzbedarfs zu realisieren. Gerade für Quantentechnologien, bei denen es aktuell vor allem darauf ankommt, Bauteile klein und skalierbar zu machen, wären dies attraktive Neuigkeiten. Entsprechend eng ist die Anbindung des Projekts an die regionalen Verbünde – darunter das Exzellenzcluster QuantumFrontiers und das Quantum Valley Lower Saxony.
Die Projektpartner setzen von Beginn an auch auf polykristalline Strukturen, die im Vergleich zu einkristallinen Diamanten kostengünstig produziert werden können und eine hohe Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Aufgrund der Vielzahl an möglichen Anwendungen in Forschung und Industrie sollen zudem die Ergebnisse nachfolgende Industriekooperationen oder Ausgründungen anschieben.
Über das Projekt
Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt ADOC mit knapp 600.000 Euro in der Fördermaßnahme „Wissenschaftliche Vorprojekte zu Grundlagenfragen der Quantentechnologien und Photonik“. Seit April 2025 forscht das Prokjektteam der TU Braunschweig (Projektleitung) und Leibniz Universität Hannover für drei Jahre bis 31. März 2028.
