Quantenentfernungsmesser für verdeckte Entfernungsmessung

© Fraunhofer IOSB
Mit einem Partner eines verschränkten Photonenpaares wird das Ziel beleuchtet. Der andere Photonenpartner wird lokal vermessen. Ein Abgleich des Rückreflektions-Signals zeitlich und spektral ermöglicht die Filterung der zurückkommenden Beleuchtungsphotonen vom natürlichen Hintergrund.
© Fraunhofer IOSB
Durch einen cw-Pumplaser (von rechts kommend) werden zu zufälligen Zeitpunkten verschränkte Photonenpaare mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt (Energieerhaltung gilt). Ein Photon im IR-Wellenlängenbereich (gut geeignet für Propagation) beleuchtet das Ziel (in Richtung des Teleskops rechts), das andere Photon liegt im VIS-Bereich und wird störungsfrei auf einen hochauflösenden „single photon avalanche diode“ (SPAD)-Array Detektor geführt (weißer Detektor links). Über eine zeitlich und spektral aufgelöste Detektion dieses Referenzphotons, kennt man die Parameter des mit dem Referenzphoton verschränkten Beleuchtungsphotons und kann diese Information als "Quantenschlüssel" zur Filterung nutzen. Über die zeitlich aufgelöste Detektion der beiden Photonenpartner kann die Entfernung des Ziels erhalten werden.

Kurzbeschreibung des Projekts

Im Projekt wird ein neuartiger Quanten-Entfernungsmesser entwickelt, der Distanzen mithilfe verschränkter Photonen bestimmt. Anders als klassische Laser-Entfernungsmesser sendet das System Licht aus, das sich in den natürlichen Hintergrund einfügt und für Dritte praktisch nicht als aktive Beleuchtung erkennbar ist. Nur über die im Gerät gemessenen Partnerphotonen kann das Nutzsignal wieder identifiziert werden. Die zentrale Herausforderung besteht darin, diese extrem schwachen Rücksignale auch über große Distanzen und unter realen Umgebungsbedingungen präzise aus dem Rauschen herauszufiltern und in ein mobiles, robustes und miniaturisierbares Messsystem zu überführen.

Projektziele

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und experimentelle Demonstration eines Quanten-Entfernungsmessers, der Distanzen präzise bestimmen kann, ohne durch seine aktive Beleuchtung aufklärbar zu sein. Dazu werden im IOSB ein mobiler Prototyp aufgebaut, die Mess- und Datenverarbeitung weiterentwickelt und Reichweitenmessungen zunächst im Labor, anschließend bis in den Bereich von 100 m bis 1000 m durchgeführt. Zusätzlich sollen die Nicht-Detektierbarkeit gegenüber Infrarotkameras experimentell belegt sowie die Miniaturisierbarkeit, Energieeffizienz und Verwertungsperspektiven der Technologie bewertet und Grundlagen für Schutzrechte und Folgeanwendungen geschaffen werden.

Projektergebnisse

Im Projekt wurden bislang die technologischen Grundlagen für einen mobilen Quanten-Entfernungsmesser geschaffen (QRF): Der bestehende Aufbau aus dem Quanten-Ghost-Imaging wird zum QRF weiterentwickelt, die Detektion mit moderner SPAD-Technologie verbessert und die Mess- und Auswertesoftware neu aufgesetzt. Damit ist der Weg für erste Reichweiten-Demonstrationen bei Nacht bis in den Kilometerbereich und den experimentellen Nachweis der Nicht-Aufklärbarkeit dabei vorbereitet. Gelingt dieser Nachweis, entsteht ein hochrelevanter Technologievorsprung mit starkem Transferpotenzial für Verteidigungsanwendungen, Schutzrechte, Folgeprojekte und perspektivisch auch zivile Vermessung.

 

Geschäftsfeld Verteidigung und Sicherheit

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Projektsteckbrief

Aus eigenen Mitteln finanziertes Technologie-Entwicklungsprojekt

Projektlaufzeit: 2026-2027

Beteiligte Abteilungen:

Im Fraunhofer Leitprojekt QUILT wurde der grundlegende Aufbau für Quantum Ghost Imaging (QGI) entwickelt, der verdeckte Bildgebung ermöglicht.