Zur Bestimmung der akustischen Absorption an Oberflächen sind verschiedene Verfahren genormt. In der Praxis wird der Absorptionsgrad meist im statistischen Mittel über alle Einfallswinkel ermittelt und nur auf den Frequenzbereich bis etwa 5 kHz beschränkt. Doch gerade bei den höheren Frequenzen im oberen Audiobereich und im Ultraschallbereich treten verstärkt Reflexionen auf, die sich durch hohe Strahlbündelung auf kleine Winkelbereiche konzentrieren. Die klassischen Herstellerangaben genügen hier nicht mehr, um die Wirksamkeit der Absorber vor dem Einbau einschätzen zu können. Im Rahmen dieses Praktikumsprojekts soll ein einfach anwendbares, winkelselektives Messverfahren zur Absorptionsgradmessung an akustischen Oberflächen aufgebaut und erprobt werden. Dabei soll auch der Absorptionsgrad verschiedener Materialien bestimmt werden.

Das akustische Freifeld ist eine spezielle Umgebung, die im Idealfall frei von Reflexionen ist. In der Realität finden sich jedoch auch im besten Freifeldraum Störungen, die zu Interferenzen, verzerrten Wellenfronten und inhomogenen Schalldruckverteilungen führen und so maßgeblich die Qualität von Messungen beeinträchtigen. Solche Reflexionen werden in der Regel aufwendig gesucht und eliminiert. Eine Alternative dazu bietet die Time-Gating-Technik. Hier werden unerwünschte Signalanteile identifiziert und vor der weiteren Analyse entfernt. Die Methode bietet sich insbesondere für die Kalibrierungen im Ultraschallbereich an, wo bereits kleinste Flächen zu störenden Reflektoren werden. Im Rahmen dieses Praktikumsprojekts soll ein Versuchsaufbau für die Time-Gating-Technik errichtet, dessen Möglichkeiten und Grenzen untersucht und das Verfahren zur Sekundärkalibrierung von Ultraschallpegelmessern eingesetzt werden.

Drehmomentaufnehmer werden häufig in Motorenprüfständen eingesetzt, um die mechanische Wellenleistung von Verbrennungs- oder Elektromotoren zu bestimmen. Die so verwendeten Aufnehmer werden jedoch nur rein statisch, also mit stufenförmigen Drehmomenten, die sich über die Zeit nicht ändern, und ohne Rotation kalibriert. Im Rahmen dieses Praktikumsprojekts sollen daher verschiedene Drehmomentaufnehmer unter Last in einem (Elektro-)Motorenprüfstand untersucht werden. Anhand der bei diesen Untersuchungen ermittelten Messwerte kann das Verhalten der Drehmomentaufnehmer bei verschiedenen Drehzahlen und Drehmomentbelastungen analysiert werden. Für die Versuchsdurchführung soll eine geeignete Messdatenerfassung mittels LabVIEW realisiert werden. Die anschließende Datenauswertung könnte je nach Interesse mittels Matlab oder Octave erfolgen.

Zur Kalibrierung von vektoriellen Netzwerkanalysatoren (VNAs) können neben unveränderlichen Abschlüssen wie Open (Leerlauf), Short (Kurzschluss) und Match (Anpassung) auch sogenannte Gleitlasten eingesetzt werden. Durch Veränderung des Offsets (Versatzlänge) der Gleitlast beschreiben die gemessenen Reflexionsparameter einen Kreis in der komplexen Ebene, dessen Zentrum für ideale Verhältnisse eine perfekte Anpassung darstellt. Für hohe Frequenzen können die Verluste jedoch nicht mehr vernachlässigt werden, wodurch aus dem Kreis eine Spirale wird. Die Aufgabe während dieses Praktikumsprojekts besteht darin, zu untersuchen, für welche Wellenleiter (Koaxialkabel und Hohlleiter) und ab welchem Frequenzbereich ein Spiral-Fit einem Kreis-Fit vorzuziehen ist. Hierzu sind sowohl theoretische Betrachtungen als auch mehrere Messreihen durchzuführen.

Kalibrierungen von vektoriellen Netzwerkanalysatoren (VNAs) für Hohlleitermessungen werden 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 Reflektionsnormale benutzt. Während dieses Praktikumsprojekts soll untersucht werden, ob freistrahlende Hohlleiteröffnungen als  primäre Kalibriernormale eingesetzt werden können, und wie groß die resultierende Messunsicherheit im Vergleich zu den herkömmlichen Kalibriermethoden ist. Hierfür sind neben theoretischen Betrachtungen auch elektromagnetische Simulationen und Auswertungen sowie mehrere Messreihen durchzuführen.

Auf Femtosekundenlasern basierende optische Messtechnik 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 Praktikumsprojekt sollen Grundlagen zur laserbasierten Messtechnik mit Femtosekundenlasern vermittelt werden. Dies beinhaltet die folgenden Aspekte, unter denen ein Schwerpunkt gewählt werden kann. 1. Erzeugung und Messung von leitungsgebundenen und im Freiraum propagierenden Hochfrequenzsignalen im GHz- und THz-Bereich. 2. Implementierung von unterschiedlichen optischen Mess- und Abtastverfahren. 3. Optische Pulsformungstechniken, mit denen die zeitliche Form der optischen Femtosekundenimpulse beliebig verändert werden kann.

Verschiedene Metalle wie Kupfer, Zink, Eisen und Aluminium sowie einige Metallproteine stehen im Verdacht, an der Entwicklung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer beteiligt zu sein. Im Rahmen eines europäischen Projekts soll das genauer untersucht werden. Dazu werden in der PTB Methoden zur Bestimmung von Metallen und Metallproteinen aus relevanten Proben wie Cerebrospinalfluid (CSF) und weißer Hirnsubstanz entwickelt. Zur Bestimmung des Metallgehaltes kommt ein Mikrowellensäure-Aufschluss zum Einsatz. Die Proteine werden mittels Chromatographie aus den Proben isoliert. Anschließend erfolgt die Quantifizierung mittels Elementmassenspektrometrie (ICP-MS). Im Rahmen dieses Praktikumsprojekts wird der Umgang mit Humanproben erlernt sowie Techniken, um sie aufzuschließen, ihre Bestandteile chromatografisch zu trennen und sie mit Hilfe der Isotopenverdünnungsmassenspektrometrie zu quantifizieren. Diese Kenntnisse sollen dann selbständig auf die Bestimmung von Cu- und Fe-haltigen Proteinen in CSF und Serum angewandt werden.

Da mit Humanproben gearbeitet wird, ist eine Hepatitis-B-Impfung Zulassungsvoraussetzung für dieses Praktikumsprojekt (Nachweis über Impfpass).

In einem industriellen Nahfeld-Goniophotometer werden mit einer photometrischen Kamera aus einer Vielzahl von Richtungen Leuchtdichtebilder aufgenommen und zu Strahlendaten umgerechnet. Mittels Filtergläsern können zudem farbige Bilder mit hohem Dynamikumfang (HDR) aufgenommen werden. Diese Methoden ermöglichen detaillierte Einblicke in die Abstrahlcharakteristik von Lichtquellen und hier insbesondere von LED-Quellen. Solche Strahlendaten dienen heute zur Entwicklung komplexer Optiken für Leuchten und Scheinwerfer mittels Raytracing. Dieses Praktikumsprojekt gibt einen Einblick in moderne photometrische Verfahren zur Charakterisierung von Lichtquellen. Ziel ist es, den Lichtstrom sowie die Abstrahlcharakteristik moderner LEDs selbstständig mit dem Nahfeld-Goniophotometer zu bestimmen und geeignet darzustellen. Diese im Nahfeld der Quelle gewonnenen Ergebnisse sollen mit etablierten Fernfeld-Messverfahren der Photometrie verglichen werden.

Optische Gitteruhren sind ein Typ neuartiger Atomuhren, die derzeit intensiv erforscht werden und Cäsiumuhren an Genauigkeit bereits um mehrere Größenordnungen überlegen sind. Dies ermöglicht Anwendungen von der Suche nach Dunkler Materie und anderer neuer Physik bis zu relativistischer Geodäsie. In diesen Uhren werden Atome durch Laserkühlung auf Temperaturen von wenigen µK verlangsamt und in einer Laserstehwelle, dem optischen Gitter, gefangen, um einen atomaren Übergang von rund 110 s Lebensdauer mit einem hochstabilen Laser abzufragen. In diesem Praktikumsprojekt arbeiten Sie an aktuellen Messungen an den Strontiumgitteruhren der PTB mit und erhalten so einen Einblick in experimentelle Techniken der Laser- und Quantenoptik.

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 Hochfrequenzfalle gespeicherten Ion. Die Referenzübergänge optischer Uhren werden üblicherweise so gewählt, dass sie möglichst große Immunität gegen äußere magnetische und elektrische Felder besitzen. Um verbleibende Störungen der Referenzfrequenz in unseren Uhren zu bestimmen, sollen während dieses Praktikumsprojekts feldinduzierte Frequenzverschiebungen sensitiver atomarer Übergänge genau untersucht werden. Die Resultate können dann genutzt werden, um Strategien zur Verringerung von Restfeldern zu entwickeln, umzusetzen und ihren Erfolg im Experiment zu überprüfen. Dieses Projekt ermöglicht einen Einstieg in die Welt der experimentellen Quantenoptik und Atomphysik, bei dem die persönlichen Interessen, Fähigkeiten und Vorkenntnisse der/des Studierenden berücksichtigt werden können.

Zur quantitativen Charakterisierung von Werkstücken mit hohem Aspektverhältnis oder diskontinuierlicher Oberfläche wurde in der PTB ein mikro-elektro-mechanisches-System-basiertes Rastersondenmikroskop (MEMS-SPM) entwickelt. Das MEMS-SPM weist eine Wegauflösung von 0,2 nm und eine Kraftauflösung kleiner als 1 nN auf. Es ist daher in der Lage, sowohl die Mikroform von Werkstücken aus harten Materialien (wie z. B. Metall, Keramik und Halbleitermaterialien) als auch aus weichen Polymeren quantitativ zu bestimmen. Ein integrierter Cantilever-Halter, wie er in Rasterkraftmikroskopen (Atomic Force Microscopes (AFM)) verwendet wird, ermöglicht es, austauchbare AFM-Cantilever als Tastspitzen zu nutzen. In diesem Praktikumsprojekt soll ein MEMS-SPM-Messsystem für die geregelte Oberflächenmessung aufgebaut, charakterisiert und optimiert werden. Die Datenauswertung soll hierbei LabVIEW-basiert erfolgen.

Modernste Technik ermöglicht es, einzelne positiv geladene Atome (Ionen) in einem elektrischen Wechselfeld zu fangen und dann mit Laserstrahlen zu manipulieren. Hierbei kann die Laserstrahlung die Bewegung eines einzelnen Ions bis an das Quantenlimit abbremsen. Gemeinsam mit Hilfe von Techniken aus der Quanteninformationsverarbeitung können so neue Spezies für genauste Messungen zugänglich gemacht werden. Auf diese Weise gekühlte und kontrollierte Aluminium-Ionen dienen als Taktgeber für hochgenaue Uhren. Diese Uhren ermöglichen es, fundamentale Fragen der Physik, wie z. B. die nach einer Änderung von Naturkonstanten, zu erforschen und neue Anwendungen in der relativistischen Geodäsie und in der Navigation zu erschließen. Während dieses Praktikumsprojekts soll für eine dieser Uhren ein optischer Frequenzverdopplungsresonator aufgebaut und charakterisiert werden und damit ein entscheidender Beitrag zur Forschung an der Grenze des derzeit Machbaren geleistet werden.

Die PTB arbeitet an einer neuen Generation optischer Atomuhren. Dazu werden Indium- und Ytterbium-Ionen lasergekühlt und bis in den quantenmechanischen Grundzustand gebracht. Die einzigartige Kontrolle über die gefangenen atomaren Teilchen in Atomuhren erlaubt die Suche nach neuer Physik, die über das Standardmodell hinausgeht: So testen wir die Grenzen der Einstein'schen allgemeinen Relativitätstheorie mit einem atomaren Michelson-Morley-Interferometer. Dieses Praktikumsprojekt bietet einen Einblick in ein modernes, quantenoptisches Experiment und ermöglicht die Mitarbeit an der Quantenpräparation und Verschränkung einzelner Atome mit Hilfe kohärenter Laserpulse. Der jeweilige Fokus des Projekts kann dabei auf die persönlichen Interessen und Vorkenntnisse abgestimmt werden.