News from the Annual Report 2012 (in German only)

Seit einiger Zeit sind Leuchtdioden (LEDs) verfügbar, welche im solaren UV-Wellenlängenbereich (280 nm bis 400 nm) emittieren. Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojektes wurden UV-LEDs auf ihre Stabilität und ihr Alterungsverhalten bezüglich der spektralen Bestrahlungsstärke untersucht. Nach entsprechender Voralterung kann jetzt die geforderte Stabilität der Bestrahlungsstärke von 0.05% pro...

An optische Diffusoren in UV-Radiometern für hohe Bestrahlungsstärken werden erhöhte Anforderungen bezüglich des Transmissionsverhaltens, der UV-Beständigkeit, der Homogenität und des Streuverhaltens gestellt. Neuartige Diffusoren aus hoch-reinem opaken synthetischen Quarzglas, bei dem extrem kleine, homogen im Material verteilte Glasbläschen als Streuzentren wirken (Primusil^® ) wurden für die...

Um die sehr unterschiedliche spektrale, ortsabhängige und teilweise großflächige Lichtemission moderner Lichtquellen quantitativ richtig zu bewerten zu können, muss die richtungsabhängige Wellenlängenempfindlichkeit der verwendeten Photometer bekannt sein. Untersuchungen am Lasermessplatz für die Photometrie der PTB zeigten, dass abhängig von den zu kalibrierenden Lichtquellen dieser Einfluss...

In der PTB wurde erstmalig die Bildung eines Moleküls aus zwei Calciumatomen untersucht, wenn ein Atom mit Hilfe von Laserstrahlung auf dem „verbotenen“ Interkombinationsübergang angeregt wurde. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, die Wechselwirkung zwischen den Atomen in weiten Bereichen gezielt zwischen abstoßend, verschwindend und anziehend einzustellen.

Um die Eignung von sogenannten beugungsfreien Bessel-Strahlen für die Deflektometrie zu untersuchen, wurden Bessel-Strahlen mittels einer Ringspalt-Chrom-Maske und einer Linse erzeugt. Die theoretische Modellierung geschah anhand des Beugungsintegrals nach Collins und zwei weiteren neu entwickelten, bzw. modifizierten Methoden. Die Abweichung des Bessel-Strahl-Profils von dem erwarteten...

Temperaturstrahlung verschiebt in praktisch allen Atomuhren die Frequenz des Uhrenübergangs und macht diese Frequenz temperaturabhängig. In den optischen Strontium-Gitteruhren dominiert dieser Beitrag die erreichbare Unsicherheit. Durch eine in der PTB durchgeführte hochpräzise Messung der atomaren Polarisierbarkeit und darauf aufbauenden Analysen kann nun für alle Uhren dieser Art weltweit die...

Innerhalb eines im Rahmen des Exzellenzcliusters QUEST durchgeführten Forschungsprojektes wurde ein Siliziumresonator entwickelt (s. Jahresbericht 2011) und abschließend charakterisiert. Die Resultate, die im Fachjournal Nature Photonics veröffentlicht wurden, weisen für die Frequenz eines auf diesen Silizium-Resonator stabilisierten Lasers eine Instabilität von bis zu 1·10^-16 entsprechend einer...

Mithilfe eines Femtosekundenfrequenzkamms wurde die herausragende Stabilität eines infraroten Referenzlasers, dessen Frequenz auf einen Siliziumresonator stabilisiert ist, auf den Abfragelaser für den Uhrenübergang in der Strontium-Gitteruhr übertragen. Auf diese Weise wurde die Linienbreite der Resonanzkurve der Gitteruhr um einen Faktor sechs reduziert und die benötigten Mittelungszeiten wurden...

Der sogenannte Oktupolübergang in einem gespeicherten Ytterbiumion hat viele vorteilhafte Eigenschaften für die Realisierung eines höchstgenauen optischen Frequenznormals. Bei seiner Anregung tritt allerdings normalerweise eine große lichtinduzierte Frequenzverschiebung auf. Es konnte erstmals demonstriert werden, dass das so genannte "Hyper-Ramsey"-Anregungsschema geeignet ist, ein atomares...

Die Frequenzabfrage-Methode für die Caesium-Fontänenuhr CSF2 der PTB wurde grundlegend verändert. Die neue Abfrage-Methode ermöglicht die fortwährende Kontrolle bestimmter frequenzverschiebender Effekte während des eigentlichen Messbetriebs und die Realisierung neuartiger rauschärmerer Frequenz-Messmethoden.

Selbst-referenzierte optische Frequenzkämme ermöglichen eine bequeme, phasenkohärente Frequenzverknüpfung von Signalen im Radiofrequenz- und optischen Spektralbereich und damit z. B. die Rückführung optischer Signale auf die Zeiteinheit. Viele Anwendungen erfordern jedoch anstatt eines Kammspektrums ein einfrequentes Dauerstrichsignal. In der PTB wurde gezeigt, dass sich diese Konversion bequem...

Durch Kombination eines Zweistrahl-Transfer-Interferometers mit einem unbeschränkten Hochfrequenz-Phasenschieber wird es möglich, die Trägerfrequenzverstimmung zwischen einem Frequenzkamm und einem CW-Signal auf einen jederzeit weitgehend frei wählbaren Wert zu stabilisieren. Durch geeignete Wahl der interferometrischen Laufzeitdifferenz tragen Tausende von Kammlinien konstruktiv  zum Fehlersignal...

Coulomb-Kühlen ist ein unverzichtbares Werkzeug für Hochpräzisionsmessungen an gefangenen Ionen, die nicht selbst direkt mit Lasern gekühlt werden können. Es wurden die erreichbaren Temperaturen, sowie die Kühlzeiten für verschiedene Ionenkristalle unter Einfluss von externen Heizraten theoretisch untersucht. Von den fünf untersuchten Kühlspezies (Be⁺, Mg⁺, Ca⁺, Sr⁺, Yb⁺) eignen sich demnach drei...

Mikrobewegung in Ionenfallen führt zu Doppler- und Stark-Verschiebungen der atomaren Resonanzen in optischen Ionenuhren und stellt eine der größten Herausforderungen für den genauen Betrieb von komplexeren Systemen wie Quantenlogikuhren dar. In einem Prototyp einer neuen Ionenfalle mit optimiertem Elektrodendesign wurde zum ersten Mal eine stark reduzierte Mikrobewegung über einen weiten Bereich...

Während Laser mit speziellen Resonatoren Frequenzen erzeugen können, die über kurze Zeiten betrachtet hochstabil sind, liegt die Stärke von Wasserstoffmasern in der Erzeugung hochstabiler Frequenzen auf langen Zeitskalen. Durch die gleichzeitige Anbindung eines Infrarot-Lasers an einen Laser mit hochstabilem Resonator und an einen Wasserstoffmaser, konnte eine infrarote Frequenzquelle demonstriert...

Mit einer Unsicherheit von weniger als 100 ps kann man Atomuhren in ihrem Stand mittels Telekommunikationsfasern über weite Entfernungen vergleichen. Das wurde in einem Experiment auf der 73 km langen Faserstrecke zwischen der PTB und der Leibniz Universität in Hannover demonstriert. Dabei spielt die sorgfältige Kalibrierung von Signallaufzeiten eine entscheidende Rolle. Erst damit wird es...

Die Atomzeitskalen UTC(PTB) und TA(PTB) werden seit mehr als zwei Jahren mit Hilfe der Caesium-Fontänenuhr CSF1 realisiert. Seit dem Sommer 2012 wird die sogenannte "freie Atomzeitskala“ TA(PTB) ebenfalls von einem mittels CSF1 gesteuerten Wasserstoffmaser realisiert und in Form von TAI‑TA(PTB) vom BIPM publiziert. Dies begründet ihre hohe Stabilität im Vergleich mit anderen Atomzeitskalen...

Der stark wachsende Photovoltaik-Markt und die politisch gewünschte Energiewende haben zu einem starken zusätzlichen Bedarf an rückführbaren Messungen von neuartigen Solarzellen geführt. Basierend auf einem durchstimmbaren Ti:Saphir Lasersystem wurde in der PTB ein neuer Messplatz für die Solarzellenmetrologie entwickelt. Damit kann zukünftig die spektrale Empfindlichkeit von Solarzellen und...

In der industriellen Messtechnik gibt es einen steigenden Bedarf an rückgeführten Strukturbreiten-Referenznormalen mit Unsicherheiten im Bereich von 0,1 µm. Diese Normale werden zur Kalibrierung von optisch abbildenden Messsystemen wie z. B. optischen Koordinatenmessgeräten eingesetzt. Die PTB entwickelte hierfür die benötigte metrologische Infrastruktur: Auf Basis modellbasierter Messverfahren,...

Mit der Differenzdeflektometrie können sub-Nanometer Unsicherheiten für die Ebenheitsmessung von Oberflächen erreicht werden. Dieses Verfahren setzt spiegelnde Oberflächen voraus, so dass es nicht direkt auf streuende oder raue (technische) Oberflächen angewendet werden kann. Diese Einschränkung kann durch eine mechanische Ankopplung von Spiegeln an die Oberfläche überwunden werden. Ein...

Phase retrieval-Verfahren berechnen aus der Intensitätsverteilung um den Fokus die elektrische Feldverteilung in der Austrittspupille und somit die Aberrationen des optischen Systems. Sie stellen für viele optische Systeme die einzige Möglichkeit dar, um ihre optische Aberration zu messen, da diese Verfahren in-situ eingesetzt werden können. In Zusammenarbeit mit der TU Delft (Niederlande) wurde...

In einem im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Projekt wurden Verfahren zur Frequenzverschiebung optischer Frequenzkämme demonstriert und charakterisiert. Sie werden es zukünftig erlauben, phasenkohärentes Licht mit arbiträr abstimmbarer Frequenz zu erzeugen, wobei die Frequenz zu jedem Zeitpunkt auf eine Referenz, z. B. eine Atomuhr, rückführbar ist. Dies ermöglicht...

Asphären und Freiformflächen werden zunehmend in optischen Systemen eingesetzt. Um solche Oberflächen hochgenau messen zu können, wird im Rahmen des europäischen Metrologieprogramms EMRP ein Projekt mit 14 Partnern, davon 7 nationale Metrologieinstitute, durchgeführt und durch die PTB koordiniert. Der Transfer zu den Nutzern wird durch die Einbindung in das Nanotechnologie Kompetenzzentrum...

Mit dem roboterbasierten Gonioreflektometer der PTB wurde die bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion einer mit Gold/Titan bedampften Molybdänprobe bei einer Wellenlänge von 254 nm gemessen. Mit einer solchen Oberfläche ist das Elektrodengehäuse für die Testmassen der LISA Pathfinder Satelliten-Mission der ESA beschichtet. Hierzu wurde für 10 verschiedene Einfallswinkel im Bereich von 0° bis...

In einer Kooperation mit dem Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren (IDD) der Technischen Universität Darmstadt wurden Messungen an gedruckten goniochromatischen Effektpigmenten durchgeführt. Dazu wurde in der PTB für den genormten Einfallswinkel von 45° die zugehörigen gerichteten Reflexionsverteilungen im sogenannten V(λ)-Bereich, dem Wellenlängenbereich des menschlichen Sehens, für den...

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens mit mehreren Industriepartnern wurde ein Messplatz für die Kalibrierung von Laserleistungsempfängern bis 1,2 kW im Wellenlängenbereich um 1,06 µm aufgebaut. Die erweiterte Messunsicherheit (k = 2) für Kalibrierungen beträgt derzeit 0,7 %. Damit schließt die PTB eine bisherige Lücke in ihrem Dienstleistungsbereich und ermöglicht die Rückführung für Hersteller und...

Einzelphotonendetektoren finden zunehmend Verwendung in einer Reihe von Anwendungen, eine Rückführung auf nationale Normale fehlte aber bisher. In der PTB wurde ein Kalibriermessplatz aufgebaut, der es ermöglicht Einzelphotonendetektoren mittels abgeschwächter Laserstrahlung sowohl gegen analoge Detektoren als auch gegen andere Einzelphotonendetektoren zu vergleichen. Eine erweiterte...

Im Rahmen eines neuen VAMAS Projekts (Versailles Project on Advanced Materials and Standards) hat die PTB Untersuchungen des Zusammenhangs zwischen dem optischen Absorptionsspektrum und der geometrischen Größe von Gold-Nanostäbchen durchgeführt. Die in guter Näherung lineare Beziehung zwischen dem Maximum des Absorptionsspektrums und dem Verhältnis aus Länge und Durchmesser der Nanostäbchen ist...