Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Nachrichten aus dem Jahresbericht 2013

Grundlagen der Metrologie

Die Längeneinheit Meter wird von der PTB überwiegend durch die Kalibrierung von stabilisierten Lasern bei einer Wellenlänge von 633 nm an Kunden weitergegeben. Bisher wurde die internationale Übereinstimmung durch direkte Laservergleiche sicher gestellt. In der PTB wurden jetzt die technischen Möglichkeiten geschaffen, optische Frequenzmessungen mittels Frequenzkamm routinemäßig durchzuführen und...

[ mehr ]

Mittels phasenstabilisierter Übertragung einer linear verstimmten Frequenz per Glasfaser konnte über eine Streckenlänge von ca. 150 km die Synchronisation zweier Frequenzzähler mit einer Auflösung von unter 200 ps gemessen werden. Das Verfahren ermöglicht eine neue Methode der Zeitübertragung.

[ mehr ]

Einzelphotonenquellen sind relevant für eine Vielzahl von Anwendungen, so auch in der Radiometrie und Quantenmetrologie. In dem von der PTB koordinierten europäischen Projekt „Single-Photon Sources for Quantum Technologies“ (SIQUTE) sollen nun in Zusammenarbeit zwischen führenden Staatsinstituten und Universitäten hocheffiziente Einzelphotonenquellen mit berechenbaren Eigenschaften entwickelt und...

[ mehr ]

In dem an der Leibniz Universität Hannover eingerichteten Graduiertenkolleg ist die PTB mit fünf Doktoranden aus den Bereichen der optischen Uhren und der ultrakalten Quantengase beteiligt. In dem auf zunächst von der DFG für viereinhalb Jahre bewilligten Kolleg werden theoretische und experimentelle Untersuchung zu Anwendung ultakalter Gase für Präzisionsmessungen durchgeführt. Siehe:

http://www.... [ mehr ]

Zwischen der PTB und Metrologieinstituten in Asien erfolgen Zeit- und Frequenzvergleiche über einen russischen Telekommunikationssatelliten. Im Sommer 2013 wurde hiermit ein vom japanischen Institut NICT entwickeltes Verfahren zur Nutzung der Trägerphasenmessung der über den geostationären Satelliten übertragenen Signale auf einer 10000 km Basislinie erprobt. Es wurden bislang nicht erreichte...

[ mehr ]

Die nationalen metrologischen Institute Chinas (NIM), Indiens (NPLI) und Russlands (VNIIFTRI) haben während der letzten Jahre neue Caesium-Fontänenuhren entwickelt. Mittels Zeitvergleich über einen russischen Telekommunikationssatelliten und über GPS wurden diese Uhren erstmals mit den Fontänenuhren der PTB verglichen. Im Rahmen der spezifizierten Unsicherheiten stimmen alle Uhren überein.

[ mehr ]

Die PTB entwickelt unterschiedliche optische Frequenznormale, die zukünftig die Rolle der Cäsium-Atomuhren übernehmen können. In der Strontium-Gitteruhr wird ein Laser auf einen atomaren Strontium-Übergang stabilisiert. Die Frequenz dieses Lasers wurde durch Vergleich mit den Cs-Fontänenuhren der PTB mit einer relativen Unsicherheit von 4×10−16 gemessen, was der Ungenauigkeit der primären Cs-Uhren...

[ mehr ]

Die relative Frequenzstabilität von 10−16 eines Referenzlasers bei 1,5 µm Wellenlänge wurde mit einem Frequenzkamm als Transfer-Oszillator auf einen Laser bei 698 nm übertragen. Mit diesem Laser konnte der 1S03P0 Uhren-Übergang einer 87Sr-Gitteruhr mit einer Fourier-begrenzten Linienbreite von 1,5 Hz (gegenüber zuvor 10 Hz) aufgelöst werden. Mit dieser verbesserten Auflösung konnte die relative...

[ mehr ]

Die durch Quantenprojektionsrauschen begrenzte Stabilität eines optischen Frequenznormals auf der Basis des S-F-Oktupolübergangs in einem gespeicherten Yb+-Ion wurde durch Vergleich mit einem anderen optischen Frequenznormal bestimmt. Dafür wurden beide Normale über eine 300 m lange Glasfaser-Übertragungsstrecke verbunden. Die gemessene relative statistische Unsicherheit des Frequenzverhältnisses...

[ mehr ]

In der Arbeitsgruppe von C. Ospelkaus (Leibniz Universität Hannover und QUEST-Institut an der PTB) wurde eine Ionenfalle mit integrierten Mikrowellenleitern entwickelt, die die Kontrolle einzelner Ionen für die Quanteninformationsverarbeitung drastisch vereinfachen und die Qualität der Rechenoperationen verbessern soll. Dazu wurden umfangreiche numerische Mikrowellen-Simulationen durchgeführt und...

[ mehr ]

Am Quest-Institut wurde eine neuartige Methode zur Präzisionsspektroskopie an gefangenen Ionen entwickelt. Mit Hilfe dieser Methode konnte die Messunsicherheit eines Überganges im Ca+ um eine Größenordnung verbessert und eine um mehrere Größenordnungen erhöhte Sensitivität gegenüber konventionellen Methoden nachgewiesen werden. Hierdurch wird die Messung einer bisher nicht für die...

[ mehr ]

Am QUEST-Institut an der PTB wurden die Eigenschaften von topologischen Defekten (Kink-Solitonen) in lasergekühlten Ionen-Coulomb-Kristallen untersucht. Dabei wurde unter anderem der Einfluss von Massendefekten auf die Stabilität und Dynamik unterschiedlicher Kink-Solitonen analysiert. Es konnte experimentell gezeigt werden, dass sich mithilfe eines elektrischen Feldes und eines Massendefektes...

[ mehr ]

Ionen-Coulomb-Kristalle in einer linearen Paul-Falle eignen sich zur Untersuchung symmetriebrechender Phasenübergänge. Deren Universalität erlaubt es, Aussagen über unzugängliche Systeme (wie das frühe Universum) mithilfe dieses gut kontrollierbaren Systems im Labor zu überprüfen. Es konnte experimentell eine Abhängigkeit des Auftretens von Defekten von der Übergangsgeschwindigkeit nach einem...

[ mehr ]

Im Rahmen des Projektes EMRP ENV 03 Traceability for surface spectral solar ultraviolet radiation wurde eine portable Monitorstrahlungsquelle entwickelt, mit deren Hilfe die Kalibrierung von Spektroradiometern im solaren UV-Wellenlängenbereich (280 nm bis 400 nm) überprüft werden kann. Als Strahlungsquellen dienen UV-Leuchtdioden (LEDs) verschiedener Emissionswellenlängen im TO-18-Gehäuse mit...

[ mehr ]

Durch Zwei-Photonen Laseranregung von gespeicherten Th+ Ionen wurde jetzt erstmals systematisch nach Energieniveaus oberhalb von 7 eV Anregungsenergie gesucht und dabei 43 bisher unbekannte Niveaus gefunden. In diesem Energiebereich liegt der erste angeregte Kernzustand des Isotops 229Th, der nun über einige der neu gefundenen Niveaus mittels eines sogenannten elektronischen Brückenprozesses...

[ mehr ]

Metrologie für die Gesellschaft

In der Wasserentkeimung kommen immer häufiger Anlagen mit Hochleistungs Ultraviolett-Strahlern zum Einsatz, die besondere Eigenschaften hinsichtlich der spektralen Bestrahlungsstärke erfüllen müssen. Die PTB hat nun erstmalig mit transportablen Spektroradiometern Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke direkt an unterschiedlichen Anlagen im laufenden Betrieb bei der Prüfstelle des Deutschen...

[ mehr ]

Seit dem 1. August 2013 koordiniert jetzt die PTB die Beiträge der Europäischen Zeitinstitute in Italien, Frankreich, Spanien, Schweden und Deutschland für das europäische Satellitennavigationssystem Galileo. Die PTB ist dabei ein Mitglied eines Konsortiums, das die Systemzeit steuert und die von den Satelliten ausgesandte Zeitinformation validiert. Es wurde bereits gezeigt, dass die Stabilität...

[ mehr ]

Metrologie für die Wirtschaft

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) wurde ein optischer Synthesizer demonstriert, der zu jedem Zeitpunkt und damit auch bei agiler, breitbandiger Frequenzabstimmung, eine deterministische Phasenbeziehung seines einfrequenten optischen Ausgangsignals relativ zu einem Referenzsignal aufweist. Bei simultaner Frequenzabstimmung zweier derartiger...

[ mehr ]

Die vor einigen Jahren begonnenen Arbeiten zur Bereitstellung von rückgeführter Metrologie für optische Asphären haben einen ersten Meilenstein erfolgreich passiert: Der Prototyp des Asphärenmessgerätes konnte erste Messungen durchführen. Die Unsicherheitsanalyse des Systems wird mittels einer mathematischen Simulationsumgebung durchgeführt. 

[ mehr ]

Bei der Kleinwinkeldeflektometrie bestimmt die Spotgröße des Abtaststrahls die laterale Auflösung. Kommerziell erhältliche Autokollimatoren können nur mit Aperturen im Millimeterbereich messen. Es wurden zwei neuartige Winkelsensoren entwickelt, die auch bei sub-Millimeter-Aperturen Winkelsensitivitäten im Bereich von 0.01 arcsec erreichen. Damit wird es möglich sein, Ebenheitsmessungen mit...

[ mehr ]

Die optische Scatterometrie ist eine Schlüsselmethode zur Messung funktions-relevanter dimensioneller Größen bei der lithografischen Herstellung von Nanostrukturen. Hierbei werden im Allgemeinen Vereinfachungen in der Auswertung verwendet, welche die Messunsicherheit begrenzen können. Es konnte gezeigt werden, dass die Größe des Beleuchtungsflecks für aktuelle Messsysteme nicht relevant ist und...

[ mehr ]

Die Zuckerindustrie benötigt zur Rückführung von Reflexionskolorimetern, die zur Bestimmung des Zuckerweißegrades eingesetzt werden, geeignete Kalibriernormale. Bisher wurde hierzu speziell angefärbter Zucker verwendet. Seit kurzem sind als zulässiges alternatives Kalibriermaterial keramische Reflexionsnormale erhältlich. Diese können seit diesem Jahr in der PTB gemäß der „Braunschweig...

[ mehr ]

Vom 21.-25. Mai 2013 fand in der PTB die 114. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik (DGaO) statt. Mit rund 270 Teilnehmern aus Industrie und Wissenschaft war die Tagung sehr gut besucht und bot vielfältige Möglichkeiten zum wissenschaftlichen Austausch über neue Entwicklungen der angewandten Optik. Ein Schwerpunktthema der Tagung war die optische Präzisionsmesstechnik. Für...

[ mehr ]

Halbleiterbasierte Lichtquellen mit hohem Lichtstrom, so genannte High-Power-LED, dominieren zunehmend nahezu alle Bereiche der Beleuchtungstechnik. Die industrielle Entwicklung und Produktion derartiger LED erfordern aber auch den Transfer photometrischer, radiometrischer und spektroradiometrischer Größen vom NMI in die Industrie mit Hilfe ähnlich leistungsstarker LED-Transfernormale. In der PTB...

[ mehr ]

Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln wurde an der PTB ein laserbasierter Differential Spectral Response (Laser-DSR) Messplatz zur primären Kalibrierung von großflächigen Solarzellen und Rückkontaktsolarzellen aufgebaut. Es konnte der Kurzschlussstrom von Standard Industriesolarzellen unter Standardtestbedingungen (156 mm x 156 mm) mit einer...

[ mehr ]

An der PTB wurde ein neuer Outdoormessplatz entwickelt, um die Einflüsse unterschiedlicher Umgebungsbedingungen (Spektrum, Bestrahlungsstärke, Temperatur) auf den Kurzschlussstrom von Solarzellen zu untersuchen. Des Weiteren können verschiedene Einstrahlgeometrien eingestellt oder die Messebene zweiachsig zur Sonne nachgeführt werden. Erste Ergebnisse zeigen die Notwendigkeit der Korrektur einer...

[ mehr ]

Internationale Angelegenheiten

Mit der Übersendung des Abschlussberichtes (Draft B) an das Internationale Büro für Maße und Gewichte (BIPM) wurde von der PTB als Pilotlabor der internationale Lichtstärke Vergleich EURAMET.PR-K3.a abgeschlossen. An dem Vergleich nahmen 16 Europäische Staaten mit insgesamt 78 Normallampen teil. Neben der PTB waren die nationalen Metrologieinstitute Frankreichs (LNE-CNAM) und Italiens (INRIM) die...

[ mehr ]