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MetroSommer 2018 - Dein genauester Sommer!

MetroSommer

Rückblick auf den MetroSommer 2016

Atome fangen, magnetische Nanostrukturen charakterisieren, Hochfrequenzsignale erzeugen und messen, Präzisionsmessungen mit ultrastabilen Lasern und vieles mehr: Das stand für 14 Praktikanten vom 1. August bis zum 30. September 2016 beim MetroSommer in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) auf dem Programm. Die Studierenden konnten ihr Wissen in eigenen Projekten unter Beweis stellen – von der Grundlagenforschung bis zur technischen Zusammenarbeit. Angeleitet wurden sie von erfahrenen Wissenschaftlern aus den verschiedenen Fachbereichen der PTB. Dabei war das Praktikum für beide Seiten ein Erfolg: für die PTB beispielsweise in Form von wichtigen Messdaten für laufende Projekte und für die Studierenden als praxisnahe Forschungserfahrung. Für einen der Praktikanten zahlt sich der MetroSommer 2016 besonders aus: Er wird künftig die Arbeitsgruppe 5.23 AFM Strukturbreiten-Metrologie unterstützen.

Hier können Sie Opens internal link in new windowErfahrungsberichte von Praktikanten und Praktikantinnen des MetroSommers 2016 lesen.

Und hier finden Sie eine Übersicht der Opens internal link in new windowPraktikumsprojekte des MetroSommers 2016.

Rückblick auf den MetroSommer 2017

Atome fangen, magnetische Nanostrukturen charakterisieren, Hochfrequenzsignale erzeugen und messen, Präzisionsmessungen mit ultrastabilen Lasern und vieles mehr: Das stand für 13 Praktikanten vom 1. August bis zum 29. September 2017 beim MetroSommer in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) auf dem Programm. Die Studierenden konnten ihr Wissen in eigenen Projekten unter Beweis stellen – von der Grundlagenforschung bis zur technischen Zusammenarbeit. Angeleitet wurden sie von erfahrenen Wissenschaftlern aus den verschiedenen Fachbereichen der PTB. Dabei war das Praktikum für beide Seiten ein Erfolg: für die PTB beispielsweise in Form von wichtigen Messdaten für laufende Projekte und für die Studierenden als praxisnahe Forschungserfahrung.

Hier können Sie Opens internal link in new windowErfahrungsberichte von Praktikanten und Praktikantinnen des MetroSommers 2017 lesen.

Und hier finden Sie eine Übersicht der Opens internal link in new windowPraktikumsprojekte des MetroSommers 2017.

Metrosommer 2018Metrosommer 2018

Forschungspraktikum in der PTB 2018

 

Unter dem Motto „Dein genauester Sommer!“ können vom 01. August bis zum 28. September 2018 Studenten von MINT-Fächern in aktuellen Forschungsprojekten der PTB mitarbeiten. Wir bieten dir ein zweimonatiges bezahltes Forschungspraktikum der Spitzenklasse in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. 

Wenn Du...

  • mehr über die genaue Messung von Gravitationswellen, Zeit, Längen, Ultraschall, ionisierende Strahlung und von Gehirnsignalen lernen möchtest,
  • Lust hast, mit einer erstklassigen technischen Ausstattung und gemeinsam mit hochqualifizierten Kolleginnen und Kollegen an interessanten Fragestellungen zu arbeiten,
  • Interesse an genauen Messverfahren und genauer Messtechnik hast,
  • Dich für Technologie-Transfer interessierst und dafür, wie wirtschaftliche und gesellschaftliche Aufgaben mit Technologien gelöst werden und
  • andere MINT-Studierende aus ganz Deutschland kennenlernen möchtest

ist der MetroSommer genau richtig für Dich! 

Such von den unten aufgeführten Projektbeschriebungen ein passendes Projekt aus Opens internal link in current windowund bewirb Dich über unser Online-Bewerbungsformular. 

Für das freiwillige Praktikum in der PTB, den MetroSommer 2018, kann sich jede(r) bewerben, die/der an einer deutschen Universität ein MINT-Fach studiert und sich zwischen dem dritten Semester eines Bachelor- oder Diplom-Studiengangs und dem Antritt der Master- oder Diplomarbeit befindet und bisher kein Praktikum beim Bund absolviert hat.

Die Bewerbungsfrist läuft bis zum 30. April 2018.

mehr Informationen rund um die Bewerbung

MINT-Studierende gesucht!

Für das freiwillige Praktikum in der PTB, den MetroSommer 2018, kann sich jede(r) bewerben, die/der an einer deutschen Universität ein MINT-Fach studiert und sich zwischen dem dritten Semester eines Bachelor- oder Diplom-Studiengangs und dem Antritt der Master- oder Diplomarbeit befindet und bisher kein Praktikum beim Bund absolviert hat.

Wie bewerben?

Die Bewerbung ist ausschließlich über unser Opens internal link in new windowOnline-Bewerbungsformular möglich. Hier können Bewerberinnen und Bewerber drei Themen auswählen, an denen sie gerne mitforschen möchten.

Darüber hinaus sind jeweils als PDF-Datei hochzuladen:

  • ein Motivationsschreiben
  • ein tabellarischer Lebenslauf
  • eine aktuelle Studienbescheinigung (Immatrikulationsbescheinigung)
  • eine Kopie des Abiturzeugnisses und, sofern vorhanden, eine Kopie des Bachelorzeugnisses oder Vordiploms
  • ein Nachweis über eine bestehende Krankenversicherung:
    - von gesetzlich Versicherten reicht hierfür eine Kopie der Versichertenkarte
    - von privat Versicherten ist eine Mitgliedsbescheinigung der KK notwendig

Die Bewerbungsfrist läuft bis zum 30. April 2018. Über das Ergebnis der Bewerbung werden die Bewerberinnen und Bewerber bis zum 25. Mai 2018 informiert.

Finanzielles und Unterkunft

Mit allen angenommenen Bewerberinnen und Bewerbern schließt die PTB einen Arbeitsvertrag über ein freiwilliges Praktikum, das mit pauschal 500 Euro pro Monat vergütet wird. Und für alle, die weiter als 30 Kilometer entfernt wohnen, übernimmt die PTB zudem die Reisekosten und die Kosten für die Unterbringung in Zimmern eines der Braunschweiger Studentenwohnheime. Urlaubstage, sowie freie Tage für Prüfungen können gewährt werden.

Anfahrt

Die Opens internal link in new windowPTB in Braunschweig liegt im Nordwesten der Stadt zwischen Watenbüttel und Lehndorf. Während man sie mit dem Auto von der A2 in etwa zehn Minuten erreicht, dauert die Anreise mit öffentlichen Verkehrsmitteln ein wenig länger. Vom Braunschweiger Hauptbahnhof oder aus der Innenstadt benötigt man mit den Buslinien 461 bzw. 433, die beide direkt vor dem Empfangsgebäude der PTB halten, eine knappe halbe Stunde. Weitere Infos über Fahrpläne gibt es bei der Opens external link in new windowBraunschweiger Verkehrs-GmbH oder in deren Opens external link in new windowFahrplan-App.

Themen-Beschreibungen der Praktikumsprojekte 2018

Thema #01-2018: Qualifizierung eines fokussierenden Schlierensystems für Messungen im Explosionsschutz

Zur Visualisierung von Verbrennungsvorgängen werden oft Schlierenoptiken eingesetzt. Sie bilden die Dichtegradienten und so auch Temperaturgradienten ab. Im Gegensatz zu dem am häufigsten eingesetzten Verfahren nach Töpler weist eine fokussierende Schlierenoptik zwar eine geringere Empfindlichkeit auf, gestattet es aber im beobachteten Volumen zwischen verschiedenen Beiträgen zu unterscheiden, die in Beobachtungsrichtung hintereinander stehen und so quantitativ ausgewertet werden können. Zur Beobachtung größerer Bildfelder sind zudem keine Linsen oder Spiegel erforderlich, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Bildfeldes sein müssen. Ein solches fokussierendes Schlierensystem soll auf seine messtechnische Eignung zur Anwendung im Explosionsschutz untersucht werden. Neben dem praktischen Einsatz sollen theoretische Betrachtungen zur quantitativen Auswertung der Bilder angestellt werden.

Behandelte Themengebiete: Schlierenoptik, Verbrennung, Explosionsschutz, Bildverarbeitung, Modellbildung

Betreuer: Dr. Frank Stolpe, Dr. Arnas Lucassen

Thema #02-2018: Qubits für Atomuhren

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Methoden der Quantentechnologien, insbesondere für die Zeit- und Frequenzmetrologie mit geladenen Atomen (Ionen). Optische Atomuhren basierend auf einzelnen lasergekühlten Ionen zählen zu den präzisesten Messinstrumenten, die Wissenschaftler bisher entwickelt haben. Da in der Quantenmechanik der Anregungszustand eines Atoms aber nur mit 1 oder 0 gemessen werden kann, braucht es sehr lange Messzeiten, um die atomare Eigenfrequenz zu bestimmen. In unserer Arbeitsgruppe werden viele Ionen gleichzeitig in einer Paul-Falle gefangen und zu Coulomb-Kristallen lasergekühlt, um viele Qubits gleichzeitig abfragen und damit schnelle Uhrenmessungen durchführen zu können. Damit können auch neue Konzepte basierend auf verschränkten quantenmechanischen Zuständen von Atomen realisiert werden, die die klassischen Limits unterschreiten. 

In diesem Praktikumsprojekt werdet ihr einen Einblick in die aktuelle quantenoptische Forschung bekommen und direkt am Herzen des Experiments mitarbeiten: Für den Uhrenlaser werdet ihr einen optischen Leistungsverstärker aufbauen und charakterisieren, der das Licht zur Abfrage des quantenmechanischen Zustands der Indium-Ionen bereitstellt. Des weiteren könnt ihr an der Detektion der Ionen im UV-Bereich mitarbeiten und diese charakterisieren. Der jeweilige Fokus des Projekts kann dabei auf eure persönlichen Interessen und Vorkenntnisse abgestimmt werden.

Behandelte Themengebiete: Atomuhren, Atom Spektroskopie, Laserkühlung, Quantenoptik, Laser & Elektronik Aufbau

Betreuer: Dr. Tanja Mehlstäubler, Dr. Andre Kulosa

Thema #03-2018: Femtosekundenoptik

Optische Messtechnik basierend auf Femtosekundenlasern findet heutzutage großen Einsatz in Grundlagenexperimenten und Hochfrequenzanwendungen. So können mit solcher Messtechnik beispielsweise elektrische, magnetische und thermische Signale mit einer Zeitauflösung von wenigen Femtosekunden gemessen werden. In diesem Projekt sollen Grundlagen zur laserbasierter Messtechnik mit Femtosekundenlasern vermittelt werden. Dies beinhaltet die folgenden Punkte wobei der Fokus wahlweise auf einen Aspekt gelegt werden kann. (i) Erzeugung und Messung von leitungsgebundenen und im Freiraum propagierenden Hochfrequenzsignalen im GHz und THz Bereich. (ii) Implementierung von unterschiedlichen optischen Mess- und Abtastverfahren. (iii) Optische Pulsformungstechniken, mit denen die zeitliche Form der optische Femtosekundenimpulse beliebig verändert werden kann.

Behandelte Themengebiete: Femtosekundenoptik, Optoelektronische Messverfahren, Hochfrequenztechnik, Optische Pulsformungstechnik

Betreuer:  Dr. Mark Bieler, Paul Struszewski

Thema #04-2018: Vergleichende Messungen mit TIMEPIX-Pixeldetektor und „Smartphone-Dosimeter“

Pixeldetektoren werden neben den bekannten Anwendungen in der optischen Bildgebung auch vermehrt zur Detektion ionisierender Strahlung eingesetzt. Dieses ‚Experiment‘ bezieht sich speziell auf die Messung von Strahlenschutzmessgrößen in einem weiten Dosisleistungsbereich mittels Pixeldetektoren. Zum einen soll die Eignung der weit verbreiteten CCD oder CMOS Kameradetektoren, wie sie z. B. in Smartphones vorkommen, getestet werden. Die Anwendbarkeit und ggf. das Verbesserungspotential eines solches „Alltags-Smartphone-Dosimeters“ sollen experimentell erarbeitet werden. Dies ist insbesondere für Überlegungen zum flächendecken Einsatz dieser Messtechnik im Notfallschutz von grundlegender Bedeutung.
Die Messungen mit dem Smartphone werden mit einem am CERN speziell für die Detektion ionisierender Strahlung entwickelten TIMEPIX Pixeldetektors verglichen. Die entsprechenden Geräte für die Versuche werden bereitgestellt. Die Messungen werden an den Referenz-Photonenstrahlungsfeldern des Fachbereichs 6.3 Strahlenschutzdosimetrie durchgeführt.

Behandelte Themengebiete: Dosimetrie, Detektoren für ionisierende Strahlung, Pixeldetektoren (CCD, CMOS, ASIC), Halbleiterdetektoren, Wechselwirkung ionisierender Strahlung.

Betreuer: Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Roth, Dr. Oliver Hupe

Thema #05-2018: Spektro-Dosimeter zur Charakterisierung medizinischer Arbeitsplätze

Im Rahmen des neuen Strahlenschutzgesetztes wird Ende 2018 der Grenzwert der Augenlinsendosis für beruflich strahlenexponierte Personen von 150 mSv auf 20 mSv abgesenkt. Daraus resultiert die Notwendigkeit die vorhandenen Röntgenstreustrahlungsfelder an medizinischen Messplätzen hinsichtlich der Dosis (insbesondere der Augenlinsendosis) für das medizinische Personal zu charakterisieren. Ein neu entwickeltes Messgerät verwendet hierfür einen CeBr3-Szintillator in Kombination mit einem Geiger-Avalanche-Photodioden-Array, mit mehreren Detektoren für die Winkelauflösung. Das Messsignal eines einzelnen Röntgenphotonereignisses dauert etwa 100 ns. Die Messelektronik basiert auf einem Field-Programmable-Gate-Array (FPGA), was die notwendige hohe Samplingrate von 1 GS/s ermöglicht.

Hier soll das neu entwickelte Spektro-Dosimeter auf seine messtechnischen Eigenschaften zur Anwendung in medizinischen Streustrahlungsfeldern untersucht werden. Neben dem praktischen Durchführen der Messungen soll auch das entsprechende Unsicherheitsbudget erstellt werden.

Behandelte Themengebiete: Dosimetrie, Szintillationsdetektoren, ionisierende Strahlung, Geiger-Avalanche-Photodioden-Array, Messdatenauswertung

Betreuer: M.Sc. Rebekka Schlichte, Dr. Oliver Hupe

Thema #06-2018: Quantenlogik mit gefangenen Ionen

Unsere Gruppe am QUEST (Quantum Engineering and Space-Time Research) Institut beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Methoden der Quantentechnologie, insbesondere für die Zeit- und Frequenzmetrologie mit einzelnen geladenen Atomen (Ionen). Wir verwenden dafür Techniken, die ursprünglich im Rahmen der Quanteninformationsverarbeitung entwickelt wurden und auf nicht-klassischen Eigenschaften, wie beispielsweise der quantenmechanischen Verschränkung, beruhen. Dies ermöglicht Experimente mit Ionen, die etablierten Techniken, wie beispielsweise der Laserkühlung, nicht direkt zugänglich sind. Wir nutzen diesen Ansatz zur Spektroskopie von hochgeladenen Ionen und Molekül-Ionen, und zum Bau einer auf einem Aluminium-Ion basierenden, extrem genauen Quantenlogik-Uhr.

Im Rahmen des Metrosummers soll ein Projekt im Umfeld dieser Experimente durchgeführt werden. Erwartete Aufgaben sind die Entwicklung von optischen oder elektronischen Aufbauten, die genaue Ausgestaltung und Schwerpunktsetzung kann den Neigungen des Kandidaten entsprechend angepasst werden. Beispiele für Projekte sind der Aufbau eines frequenzvervierfachten Laser Systems für die Laserkühlung von Magnesium-Ionen oder die Entwicklung einer Regelungselektronik für Magnetfeldstabilisierung in der Aluminium Quantenlogikuhr.

Behandelte Themengebiete :  Quantentechnologie, Atom Spektroskopie, Aluminium-Ion Quantenlogik-Uhr, Laserkühlung, Optik & Elektronik Aufbau

Betreuer: Dr. Nicolas Spethmann, Fabian Wolf

Thema #07-2018: Untersuchung und Optimierung des Schwingungsverhaltens an einer Messachse der Mehrkomponenten-Beschleunigungsmesseinrichtung der PTB

Die Mehrkomponenten-Beschleunigungsmesseinrichtung ist ein dreiachsiger Schwingerreger, der für die Kalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern und Seismometern, aber auch für Geräteprüfungen wie Straßensimulationen eingesetzt wird. Die vertikale Messachse an dieser Messeinrichtung ist an einer Traverse angebracht. Bei Messungen ergab sich der Verdacht, dass in bestimmten Frequenzbereichen Resonanzen auftreten und die Messung stören können.

Im Rahmen des Metrosommers 2018 soll daher zuallererst das Schwingungsverhalten der Traverse vor und hinter dem dort angebrachten aktiven Schwingungsisolationssystem untersucht werden. Dazu sollen die Schwingungsspektren an unterschiedlichen Messpunkten bei verschiedenen Anregungspegeln untersucht werden. Die Auswertung der dabei gewonnenen Messdaten könnte mittels Matlab oder Octave erfolgen. Anschließend sollen Optimierungsmöglichkeiten zur Verbesserung des Schwingungs-verhaltens untersucht und (falls zeitlich umsetzbar) durchgeführt werden.

Behandelte Themengebiete: Schwingungsverhalten, Messtechnik, Auswertung mit Matlab oder Octave, Optimierung des Experiments, Fourieranalyse  

Betreuer: Dr.-Ing. Leonard Klaus, Dr. Thomas Bruns

Thema #08-2018: Präzisionsinterferometrie zur Weitergabe der SI-Einheit Meter

In der PTB werden weltweit einzigartige Interferometer entwickelt, um den messtechnischen Herausforderungen gerecht zu werden, die durch stetig steigende Anforderungen an industrielle Fertigungstoleranzen bedingt sind. Für das Ziel, die Genauigkeit von Längenmessungen weiter zu steigern, müssen Umgebungseinflüsse auf experimenteller sowie theoretischer Ebene untersucht werden. Temperatur und Luftdruck sind zum Beispiel zwei essentielle Parameter, die einen direkten Einfluss auf den gemessenen Längenwert haben. Dieses Praktikum soll einen Einblick in das Feld der interferometrischen Längenmessung geben, wobei der inhaltliche Fokus abhängig von persönlichem Interesse und Vorkenntnissen gesetzt werden kann.

Behandelte Themengebiete:  SI-Einheiten, Längenmessungen, Interferometrische Messtechnik, Industrielle Fertigungstoleranzen

Betreuer: Alexander Walkov, Dr. Guido Bartl

Thema #09-2018: Experimentieraufbau zur Ultraschallauralisation

Ultraschalltechnik hat unzählige Anwendungsmöglichkeiten und findet im industriellen, gewerblichen und im privaten Umfeld immer mehr Verbreitung. Als Kehrseite davon ist unsere alltägliche Umgebung immer mehr durch Ultraschalllärm belastet. Dieser Lärm oberhalb des normalen menschlichen Hörvermögens kann das Gehör stören oder gar schädigen. Laute Quellen würden normalerweise gemieden, da Ultraschall aber zunächst nicht hörbar ist, ist es für den Hörer schwierig, eine Verknüpfung zwischen Ursache und Wirkung herzustellen. Als einfache Hilfe kann der Ultraschalllärm mit technischen Mitteln hörbar und damit bewusst gemacht werden.

Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des Praktikums ein einfacher Experimentieraufbau zur Hörbarmachung (Auralisation) von Luftultraschall aufgesetzt werden. Auf Basis eines leicht programmierbaren Systems (z.B. Arduino, Raspberry Pi) soll Ultraschall aufgenommen, analysiert und dem Benutzer akustisch und/oder optisch kenntlich gemacht werden.

Behandelte Themengebiete: Ultraschalltechnik, Aufbau eines Messverfahrens, Programmieren von Einplatinencomputer, Daten Aufnahme und Analyse

Betreuer: Dr. Christoph Kling, Sonja Walther

Thema #10-2018: Untersuchungen zur akustischen Oberflächenabsorption

Für die Bestimmung der Absorption akustischer Wellen an Oberflächen sind mehrere Verfahren standardisiert. Diese Verfahren lassen sich jedoch nur im Hörschallbereich anwenden. Doch gerade bei höheren Frequenzen im oberen Audiobereich und im Ultraschallbereich treten durch Strahlbündelung verstärkt Reflexionen auf, die Schallfelder stark prägen. Möchte man Schallfelder um Ultraschallquellen gezielt beeinflussen, zum Beispiel um den Lärm zu reduzieren, muss die Schallabsorption der umgebenden Oberflächen bekannt sein. Hersteller von Absorptionsmaterialien beschränken sich bei der Materialcharakterisierung in der Regel auf den genormten Audiobereich bis 5 kHz.

Im Rahmen des Praktikums soll ein Messverfahren aufgebaut werden, um an akustischen Oberflächen den Absorptionsgrad oberhalb des standardisierten Frequenzbereichs zu bestimmten. Auf der Basis von Vorarbeiten soll ein Messplatz errichtet und winkelselektive Messungen an verschiedenen Materialien durchgeführt werden.

Behandelte Themengebiete: Schallabsorption, Materialcharakterisierung, Aufbau eines Messverfahrens, Daten Aufnahme und Analyse

Betreuer: Dr. Christoph Kling, Sonja Walther

Thema #11-2018: Elektrische Charakterisierung von DNA-Chips

Der Fachbereich 6.51 untersucht gegenwärtig den Einsatz von DNA als Detektormaterial für ionisierende Strahlung. Hierfür werden die DNA-Moleküle zunächst zwischen leitenden Nanostrukturen elektrisch kontaktiert und anschließend ionisierender Strahlung ausgesetzt. Die strahleninduzierten Schäden der DNA können über eine Widerstandsänderung registriert werden. Ziel ist es, über diese Widerstandsänderung eine quantitative Aussage zum Maß der Strahlenschäden treffen zu können. Im Rahmen des Praktikums sollen die elektrischen Eigenschaften der DNA-Chips in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren wie z. B.  Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit usw. charakterisiert werden.

Behandelte Themengebiete: Strahlenschäden, Impedanzspektroskopie, DNA-Leitfähigkeit, Nanoelektronik, Lock-In-Verstärker

Betreuer: Florian Heimbach, Dr. Woon Yong Baek

Thema #12-2018: Charakterisierung eines EEG-Systems zur objektiven Audiometrie im Infraschallbereich

In der objektiven Audiometrie werden elektrische Signale der Hörbahn oder des Cortex als Reaktion auf einen Schallstimulus mittels EEG aufgenommen und ausgewertet. Auf diese Weise erhält man Informationen über die neuronale Verarbeitung von Schallstimuli. Unsere Arbeitsgruppe verwendet objektive und subjektive Messungen, um zu untersuchen, inwieweit sich die Wahrnehmung von Infraschallstimuli von solchen im hörbaren Bereich unterscheidet. In dieser Arbeit soll eine Charakterisierung von EEG-Signalen als Reaktion auf Infraschall erfolgen. Hierzu ist es zunächst notwendig, durch geeignete Mittelungsverfahren ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Auf dieser Basis werden Messungen durchgeführt, in denen die Stimuli systematisch hinsichtlich verschiedener Parameter wie Frequenz, Schalldruckpegel, etc. variiert werden sollen. Diese sind anschließend auszuwerten.

Behandelte Themengebiete:  EEG, objektive Audiometrie, Elektroakustik, Signalverarbeitung

Betreuer: Dr. Marion Bug, Dr. Thomas Fedtke

Thema #13-2018: Hochaufgelöste Spektroskopie einzelner Yb+ Ionen

Eine der weltweit genauesten optischen Uhren, der ein Oktupolübergang in 171Yb+ als Referenz dient, wird derzeit in der PTB entwickelt. Die Abfrage der Referenzfrequenz erfolgt hierbei an einem einzelnen, in einer Paul-Falle gespeicherten Ion. Die auf wenige Teile in 1018 abgeschätzte Unsicherheit konnte durch die Übereinstimmung zweier Uhren unterstützt werden und kann für unterschiedliche Untersuchungen z. B. auf der Suche nach „neuer Physik“ genutzt werden. Im Rahmen des Praktikums sollen aktuelle Arbeiten an solchen optischen Uhren unterstützt werden und unter Anleitung einzelne Arbeitspakete von der Praktikantin oder dem Praktikanten eigenständig durchgeführt werden. Dadurch ermöglicht dieses Projekt einen Einstieg in die Welt der experimentellen Quantenoptik und Atomphysik, bei dem die persönlichen Interessen, Fähigkeiten und Vorkenntnisse der/des Studierenden berücksichtigt werden können.

Behandelte Themengebiete: Optische Uhren, Laser, Quantenoptik, Atomphysik

Betreuer: Dr. Nils Huntemann, Dr. Ekkehard Peik

Thema #14-2018: Anwendungen digitaler Regelungstechnik

Einen gewichtigen Anteil am Erfolg moderner Experimente der Quantenoptik tragen maßgeschneiderte Elektronikkomponenten, insbesondere im Bereich von Regel- und Timingaufgaben. In diesem sehr breiten Gebiet sollen unter Anleitung entsprechend den persönlichen Interessen, Fähigkeiten und Vorkenntnissen der/des Studierenden Arbeitspakete eigenständig bearbeitet werden. Diese können einfache Aufgaben, wie die computergestützte Optimierung verschiedener Parameter des experimentellen Aufbaus, bis hin zur Realisierung digitaler Regelungen in Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Letztere bieten durch ihre parallele Struktur das Potenzial für besonders hohe Bandbreiten kombiniert mit einem exakten Timing und abhängig von der Wahl der Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler einen großen Dynamikbereich. Basiskenntnisse der Elektronik, Programmierung, sowie der Regelungstechnik sind vorteilhaft.

Behandelte Themengebiete: Elektrotechnik, Regelungstechnik, FPGA, HF-Technik.

Betreuer: Dr. Nils Huntemann, Dr. Ekkehard Peik

Thema #15-2018: Europäisches Netzwerk für optische Frequenzverteilung

Die PTB ist Teil einer europäischen Initiative, die zum Ziel hat, die nationalen Metrologie-Institute mittels Glasfaserlinks zu verbinden. Aufgrund der hervorragenden Performance bieten nur diese phasen-stabilisierten Glasfaserlinks die Möglichkeit die neuartigen optischen Uhren so miteinander zu vergleichen, dass das Übertragungsmedium die zu erreichende Auflösung nicht begrenzt. Im Rahmen dieses Praktikumsprojektes können Sie sich in die Weiterentwicklung unseres Teils des internationalen Glasfaserlinks einbringen. Je nach Ihren Interessen, kann der Schwerpunkt dabei auf der Fortentwicklung der an der PTB entwickelten Faser-Brillouin-Verstärker oder auf dem Austesten von neuartigen Stabilisierungsmethoden gelegt werden. Neben der reinen Metrologie unterstützen Sie damit z.B. auch die Ausnutzung von Glasfaserlinks und optischen Uhren in der relativistischen Geodäsie.

Behandelte Themengebiete: Glasfaserlinks, Faser-Brillouin-Verstärker, Laser-Stabilisierung, Vergleich optischer Uhren, relativistische Geodäsie

Betreuer: Dr. Sebastian Koke, Dr. Gesine Grosche

Thema #16-2018: Untersuchung von einem freistrahlenden Hohlleiterflansch als primäres Normal für eine VNA-Kalibrierung

Die Kalibrierung von vektoriellen Netzwerkanalysatoren (VNAs) für Hohlleitermessungen wird in der Regel mit bekannten unveränderlichen Normalen wie Short (Kurzschluss) oder Line (Leitung) ausgeführt. Diese Normale müssen äußerst präzise gefertigt und charakterisiert werden, was bei sehr hohen Frequenzen immer schwieriger wird. Deshalb wurden alternativ in der Vergangenheit auch freistrahlende Hohlleiteröffnungen als Reflexionsnormale benutzt.

Die Aufgabe des Studierenden besteht darin zu untersuchen, ob freistrahlende Hohlleiteröffnungen als primäre Kalibriernormale eingesetzt werden können, und wie groß die resultierende Messunsicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Kalibriermethoden ist. Es sind sowohl theoretische Betrachtungen, elektromagnetische Simulationen und Auswertungen als auch mehrere Messreihen durchzuführen.

Behandelte Themengebiete: Hohlleiter, Kalibrierung, Messverfahren, elektromagnetische Simulationen und Auswertungen

Betreuer: Dr. Rolf Judaschke, Dr. Karsten Kuhlmann

Thema #17-2018: Kalibrierung eines quasioptischen HF-Leistungsmessplatzes bei 100 GHz

Die rückgeführte Messung von Hochfrequenzleistung erfolgt zurzeit einerseits wellenleitergebunden (in Rechteckhohlleitern, bis ca. 100 GHz), andererseits in quasioptischen Systemen im Freiraum (oberhalb 100 GHz). Um beide Methoden der HF-Leistungsmessung zu vergleichen, soll ein vorhandener quasioptischer Messaufbau mittels vektorieller Netzwerkanalyse charakterisiert werden. Dabei ist ein Kalibrierverfahren mit quasioptischen Standards zu implementieren und bzgl. seiner Genauigkeit im Vergleich zu einem alternativen Messverfahren zu untersuchen.

Behandelte Themengebiete: Hochfrequenzleiter, Hochfrequenz-Leistungsmessung, vektorieller Netzwerkanalyse, Kalibrierverfahren 

Betreuer: Dr. Rolf Judaschke, Dr. Karsten Kuhlmann

Thema #18-2018: Ultrastabile Laser

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir Laser mit den weltweit kleinsten Linienbreiten, die in optische Uhren und für Präzisionsmessungen eingesetzt werden. Dazu werden Laser auf sehr gut isolierte optische Resonatoren bei kryogenen Temperaturen und bei Raumtemperatur stabilisiert. Die weitere Verbesserung und auch der Betrieb der Resonatoren außerhalb gut isolierter Laborumgebungen wird jedoch besonders durch Vibrationen, die auf den Resonator einwirken, erschwert.

In diesem Praktikumsprojekt sollen neuartige Methoden untersucht werden, wie diese störenden Effekte durch passive und aktive Methoden verringert werden können.  Dazu werden mit verschiedenen Sensoren Vibrationen, Kräfte, und die resultierende Störung des Resonators gemessen, um daraus Strategien zu entwickeln und zu testen, die diese Störung in Echtzeit korrigieren oder vermeiden.

Behandelte Themengebiete: Optische Uhren, ultrastabile Laser, Stabilisation optischer Resonatoren, Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Resonatoren

Betreuer: Dr. Thomas Legero, Dr. Uwe Sterr

Thema #19-2018: Doppelbrechung in der Interferometrie

Interferometer sind hochpräzise optische Instrumente zur Messung diverser physikalischer Größen, zum Beispiel der Stärke von Gravitationswellen. Die Doppelbrechung der optischen Komponenten der Interferometer beeinträchtigen die Auflösung dieser Instrumente kritisch. Auf der anderen Seite kann die Doppelbrechung verschiedener optischer Materialien mithilfe von Interferometern sehr genau gemessen werden. Im ersten Teil dieses Praktikumsprojekts sollen die Einflüsse der spannungsinduzierten Doppelbrechung auf die Auflösung eines Michelson-Interferometers mithilfe numerischer Simulationen mit COMSOL abgeschätzt werden. Im zweiten Teil soll ein einfacher Aufbau zur Messung, basierend auf einem Mach-Zehnder-Interferometer, aufgebaut und an verschiedenen Materialien erprobt werden.

Behandelte Themengebiete: Gravitationswellen, Interferometer, Optik, numerische Simulation und experimenteller Aufbau 

Betreuer: Johannes Dickmann, Jun.-Prof. Stefanie Kroker

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