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Nachrichten aus dem Jahresbericht 2007

Grundlagen der Metrologie

Kurz vor den Startvorbereitungen zum Space-Shuttle-Flug zur internationalen Raumstation ISS machte das Solar-Spektroradiometer SOLSPEC Station in der PTB in Braunschweig, um an der Hochtemperatur-Hohlraumstrahler-Messeinrichtung auf das Genaueste kalibriert zu werden.

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Die Linearität der spektralen Empfindlichkeit bzgl. einfallender Strahlungsleistung von Photodioden für die optische Nachrichtentechnik wurde mittels der Differential-Spectral-Responsivity- (DSR-) Methode bestimmt. Die Methode ist vollständig faserbasiert, der konstante Strahlungsanteil und die modulierte Strahlung werden in einem Faserkoppler kombiniert. Diese faseroptische DSR-Methode erlaubt...

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Der spektrale Reflexionsgrad und die spektrale Empfindlichkeit von Ge- und InGaAs-Photodioden im nahen infraroten Spektralbereich wurden unter nahezu senkrechtem und unter 45° Einfallswinkel gemessen. Mittels einer Matrixmethode für Dünnschichtsysteme konnten die Messergebnisse modelliert werden. Eine Charakterisierung dieser Photodioden bzgl. Reflexionsgrad und Empfindlichkeit ist nun prinzipiell...

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Bei systematischen Untersuchungen wurde festgestellt, dass die weit verbreiteten Referenzsolarzellen im WPVS-Design (World Photovoltaic Scale) bei einer UV-A-Bestrahlung, deren Dosis einer ca. 5-monatigen Anwendung im Außenbereich entspricht, zwischen 0,4 % und 0,9 % altern. Als Ursache dafür stellte sich Alterung der Verkapselung der Referenzsolarzellen heraus. Der Effekt ist nicht reversibel.

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Mit Hilfe einer Methode zur Bestimmung der differentiellen spektralen Empfindlichkeit, des DSR-Verfahrens, wurden UV-induzierte Nichtlinearitäten von Solarzellen aus kristallinem Silizium untersucht. Dabei wurden auch bei sehr niedrigen Bestrahlungsstärken - wie sie z. B. bei Monochromator-Messungen auftreten - bei einigen Solarzellen sehr deutlich ausgeprägte Hysterese-Effekte gefunden. Diese...

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Zur Messung der Topographie von nicht ebenen optischen Oberflächen wurde in der PTB das Traceable Multi Sensor (TMS) – Verfahren entwickelt. Der bisherige Algorithmus des TMS-Systems setzt eine exakte Positionierung des Messkopfes voraus. Das Verfahren wurde nun so erweitert, dass die Position des Messkopfes nicht mehr exakt angefahren werden muss, sondern nur bekannt sein muss. Dadurch ist die...

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Am 29. Mai 2007 wurde am Institut für Kristallzüchtung ein Einkristall aus höchstangereichertem 28-Si mit einer Masse von 4,5 kg dem Avogadroprojekt für die Herstellung von zwei 1 kg Kugeln übergeben. Damit wurde die seit dem Frühjahr 2004 unter der Leitung der PTB bestehende Kooperation zwischen acht metrologischen Staatsinstituten, internationalen Forschungslaboratorien und russischen...

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Stöße kalter Atome spielen eine große Rolle bei Präzisionsexperimenten wie z.B. in der Atominterferometrie und bei optischen Atomuhren. Durch genaue Messung der Photoassoziation stoßender kalter Calciumatome konnte ein wesentlicher Parameter der Wechselwirkung, die so genannte Grundzustands-Streulänge, genau bestimmt werden und die theoretische Modellierung kalter Stöße überprüft werden.

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Im Zuge der Modernisierung von Hard- und Software der primären Fontänen-Atomuhren der PTB wurde in Zusammenarbeit mit dem National Physical Laboratory in New Delhi/Indien eine neue Mikrowellenquelle entwickelt, die das phasenreine und hochstabile 9-GHz-Signal zur Anregung des Cäsiumübergangs liefert. Durch den Ersatz der bisher verwendeten Quellen der früheren Generation reduzieren sich zum...

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Primäre Atomuhren stellen sicher dass das Skalenmaß der Internationalen Atomzeit TAI (Temps Atomique International) mit der SI Sekunde auf Meereshöhe übereinstimmt. Der Messwert der primären Uhr CS2 vom August 2007 ist der zweihundertste in ununterbrochener Folge. Keine andere Atomuhr weltweit hat jemals über einen derartigen Zeitraum hinweg ununterbrochen funktioniert und Messwerte geliefert.

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Einem Aufruf der ESA folgend wurden in internationalen Teams erste Studien für wissenschaftliche Anwendungen optischer Uhren im Weltraum erarbeitet. Auf einer Erdumlaufbahn könnte das Gravitationspotential der Erde mit erhöhter Auflösung bestimmt werden. Eine Kombination aus einer optischen Uhr und einem Beschleunigungssensor wäre geeignet, nach Abweichungen von Einsteins Gravitationsgesetz im...

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m Rahmen eines von der DFG-geförderten Drittmittelprojekts (SFB 407) wurde ein neuartiges Messverfahren entwickelt mit dem extrem kleine Brillouin-Streuspektren gemessen werden können, wie sie bei photonic band gap Fasern mit Hohlkern vorliegen. Diese neuartigen Fasern sind besonders geeignet zur Übertragung hoher Laserleistung oder rauscharmer Signale.

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Gegenwärtig wird ein Vielkanal-Heterodyn-CARS (coherent anti-Stokes Raman scattering) Mikroskop aufgebaut, das optisch-parametrisch verstärkte Femtosekunden-Weißlichtimpulse zur Anregung verwendet. Die zeitliche Impulsstabilität bei der Weißlichterzeugung wurde in einer Mikrostrukturfaser und einer Saphirplatte untersucht. Die Schuss-zu-Schuss Fluktuationen waren in der Saphirplatte geringfügig...

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Im Rahmen des Aufbaus einer optischen Gitteruhr mit Strontium wurde das Laden kalter Atome in ein optisches Gitter optimiert, so dass jetzt innerhalb von 150 Millisekunden ca. 105 Strontiumatome bei einer Temperatur von wenigen Mikrokelvin in das Gitter geladen werden. Die Atome bleiben dort über eine Sekunde lang gespeichert und stehen für eine Präzisionsmessung der optischen Frequenz zur...

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Die Stabilität eines 872 nm (344 THz) Spektroskopielasers einer optischen Uhr wurde mit einem Frequenzkammgenerator auf einen Mikrowellenoszillator bei 9,4 GHz übertragen. Die Mikrowellenfrequenz wurde mit einem weiteren Frequenzkamm gegen ein zweites, unabhängiges Frequenznormal gemessen und charakterisiert. Das Ergebnis zeigte eine relative Frequenzinstabilität von 1x10-14 für eine...

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Seit ihrer Erfindung wurden optische Frequenzkammgeneratoren von anfangs relativ unhandlichen Aufbauten zu kompakten und leicht transportierbaren Geräten weiter entwickelt. In einer Zusammenarbeit mit dem LNE-SYRTE in Paris wurde der transportable Frequenzkamm der PTB benutzt, um die Frequenz des Uhrenübergangs von spinpolarisierten 87Sr Atomen in einer optischen Gitteruhr zu bestimmen. Die...

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Optische Uhren können Frequenzen mit einer relativen Unsicherheit von unter 10-15 realisieren. Ein neues Konzept zum Vergleich optischer Uhren per Glasfaser ist in der PTB entwickelt und im Rahmen einer internationalen Kooperation an einer Glasfaserstrecke in Paris erprobt worden.

In einer Zusammenarbeit mit dem LNE-SYRTE in Paris wurde der transportable Frequenzkamm der PTB benutzt, um die...

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Röntgenstrahlung kann durch Glaskapillaren verschiedener Formen fokussiert bzw. kollimiert werden. Da der Brechungsindex für Festkörper kleiner als eins ist, wird der Röntgenstrahl durch Totalreflexion an der Glassinnenwand wie sichtbares Licht in einer Glasfaser weitergeleitet und geformt. Der Totalreflexionswinkel liegt aber z.B. für Molybdän Kα-Strahlung selbst für Bleiglas nur bei 0,13°....

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Metrologie für die Wirtschaft

Wie viel Licht eine Lampe insgesamt in alle Richtungen abstrahlt wird durch ihren Lichtstrom ausgedrückt. Um den für die Bestimmung der Energieeffizienz von Lampen notwendigen Lichtstrom schnell zu ermitteln, werden vor allem von der Lampenindustrie sog. Ulbrichtkugeln eingesetzt.

Üblicherweise befindet sich an einer Stange in der Mitte der Ulbrichtkugel eine E27-Lampenfassung, in die...

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Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Programms zur Unterstützung kleiner und mittlerer Unternehmen bei der Umsetzung von Innovationen in den Bereichen Messen, Normen, Prüfen und Qualitätssicherung („MNPQ-Transfer“) wird die an der PTB entwickelte TMS-Messtechnik zur hochgenauen Messung der Topographie gekrümmter optischer Oberflächen zum Projektpartner...

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Zusammenfassung

Durch eine geeignete stochastische Strukturierung von PMMA-Oberflächen im Subwellenlängenbereich kann die Grenzflächenreflexion optischer Strahlung von rund 4 % auf etwa 0,5 % reduziert werden [1]. Für das Verständnis dieses Effekts fehlen jedoch entsprechende theoretische Modelle. Anhand von elektronenmikroskopischen Aufnahmen der Oberflächenstrukturen wurde ein parametrisiertes...

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Bei der Auswertung scatterometrischer „at-wavelength“ Messungen an EUV-Photolithographiemasken im extremen UV (EUV) stellten Inhomogenitäten des Vielfachschichtsystems ein großes Problem dar. Es wurde deshalb untersucht, inwieweit sich die deep UV (DUV)-Scatterometrie eignet, um die Absorberstrukturen von EUV-Masken quantitativ zu charakterisieren.

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Für mikroskopisch-optische Strukturbreitenbestimmung an Phasenstrukturen wurden verschiedene Fokuskriterien sowohl auf der Basis von rigorosen Simulationen als auch experimentell untersucht. Ein hierbei neu entwickeltes Fokuskriterium, das Peak-Distance-Kriterium verbessert die Reproduzierbarkeit der Fokussierung und damit auch der Strukturbreitenmessung signifikant und ist nicht nur auf...

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Metrologie für die Gesellschaft

Der Sender DCF77 ist für die PTB weiterhin das wichtigste Medium, die gesetzliche Zeit für Deutschland zu verbreiten. Europaweit empfangen Millionen von Funkuhren die auf 77,5 kHz ausgestrahlten Zeitzeichen. DCF77 ist so ein bedeutender Teil der technischen Infrastruktur unseres Landes geworden, ohne den die Zeitanzeigen auf Bahnhöfen, Flughäfen und in Rundfunk- und Fernsehanstalten nicht...

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Galileo wird ein Satellitennavigationssystem unter ziviler europäischer Kontrolle, das von den existierenden Systemen GPS (Global Positioning System, USA) und GLONASS (dem russischen Pendant) unabhängig ist. In Zukunft werden 30 Satelliten in 24 000 km Höhe die Erde umkreisen. Jeder von ihnen hat mehrere Atomuhren an Bord und sendet Zeitsignale zur Erde. Per Laufzeitmessung können sie dazu genutzt...

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Die Entwicklung internationaler Wirtschaftsbeziehungen wird maßgeblich durch ein einheitliches Regelwerk gefördert. Der Bereich der Normung für Augenschutzgeräte wird auf europäischer und weltweiter Ebene in CEN und ISO Arbeitsgruppen durch die PTB mitgestaltet. Die Bearbeitung hat einen Stand erreicht, der es erlaubt, im Verlauf des Jahres 2008 die ersten ISO-Normen für dieses Fachgebiet als...

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Internationale Angelegenheiten

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