Resolution limits of quantum imaging with undetected light and optimization towards application

Quantenbildgebung ermöglicht verbesserte Bildgebung über klassische Bildgebungsgrenzen hinaus. Insbesondere erlaubt die Quantenbildgebung mit nicht-detektiertem Licht (QIUL) die Aufnahme von Bildern eines Objekts mit Licht, welches nicht mit dem Objekt interagiert hat. QIUL kann mittels verhältnismäßig einfacher experimenteller Aufbauten realisiert werden und ermöglicht die Beleuchtung mit geringen Photonendosen. Weiterhin eröffnet QIUL neue Bildgebungsmöglichkeiten durch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen für Beleuchtung und Detektion. Diese Dissertation behandelt zwei Hauptthemen. Erstens wird die Bewertung von QIUL-Systemen aus einer angewandten Perspektive betrachtet. Der Übergang von Mach-Zehnder- zu Michelson-Interferometern reduziert die Systemgröße und -komplexität, erleichtert die Feinjustage und verbessert die Toleranz gegen Fehljustierungen. Ein effizientes System, welches eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit von Echtzeitbildern erlaubt, wird ebenfalls vorgestellt. Weiterhin werden holografische Bildaufnahmetechniken erstmals im Kontext von QIUL implementiert. Der zweite Aspekt der Arbeit untersucht die Einflüsse der Parameter welche für die Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren relevant sind, insbesondere Kristalllänge und Pumpstrahlradius, auf die Bildauflösungsqualität in QIUL-Systemen basierend auf Orts-Korrelationen. In dieser Dissertation wird die erste experimentelle Auflösungsanalyse für ein solches System präsentiert, welche Diskrepanzen zu bestehenden theoretischen Modellen in der Literatur aufzeigt. Eine Erweiterung der theoretischen Modelle wurde entwickelt, welche das komplexe Wechselspiel aus Pumpstrahlradius und Kristalllänge besser beschreibt und die experimentellen Ergebnisse konsistent erklären kann. Zudem wird ein Vergleich der Auflösungsfähigkeiten zwischen Impuls- und Orts-Korrelationen durchgeführt, um neue Einblicke für die Optimierung von QIUL-Systemen zu bieten.