Rückführung der Längeneinheit auf die Sekunde mittels optischer Frequenzmessung

Die Längeneinheit Meter wird von der PTB überwiegend durch die Kalibrierung von stabilisierten Lasern bei einer Wellenlänge von 633 nm an Kunden weitergegeben. Als nationale Normale werden hierbei Iod-stabilisierte Helium-Neon Laser verwendet, die gemäß einer Empfehlung des CIPM als Darstellung der Längeneinheit dienen [1]. 

Bisher wurde die internationale Übereinstimmung durch direkte Laservergleiche sicher gestellt, bei denen die Helium-Neon Laser zu anderen Metrologieinstituten transportiert werden mussten. Eine optische Frequenzmessung über einen Frequenzkamm und damit die Rückführung der Längeneinheit auf die primären Zeitnormale war technisch schwierig und wurde nur gelegentlich zur Ergänzung der Laservergleiche durchgeführt.

In der Arbeitsgruppe "Längeneinheit" wurden jetzt die technischen Möglichkeiten geschaffen, die optische Frequenzmessung mittels Frequenzkamm routinemäßig durchzuführen. Die Frequenzmessung mit dem Frequenzkamm ist durch Messungen des Uhrenüberganges des ⁸⁷Sr-Frequenzstandards der PTB bei 698nm auf besser 10^-15 validiert [2]. Regelmäßige optische Frequenzmessungen erlauben die Darstellung der Längeneinheit mit der Lichtgeschwindigkeit über direkte Rückführung auf die Sekunde.

Abweichung der optischen Absolutfrequenz vom CIPM-Wert eines der in der PTB betriebenen Iod-stabilisierten HeNe-Laser. Gezeigt ist zusätzlich ein gleitender Mittelwert über 100 Sekunden.

Der Verlauf der Allan Standard Abweichung der Frequenzmessung zeigt weißes Frequenzrauschen des HeNe-Lasers an. Die relative Frequenzstabilität des Lasers erreicht einen Wert von etwa 3·10^-13 bei einer Mittelungszeit von ca. 10 Minuten.

Literatur:

[1]        T.J. Quinn, Practical realization of the definition of the metre, including recommended radiations of other optical frequency standards (2001), Metrologia 40, 103-133 (2003)

[2]        S. Falke, H. Schnatz, J. S. R. Vellore Winfred, T. Middelmann, S. Vogt, S. Weyers, B. Lipphardt, G. Grosche, F. Riehle, U. Sterr, and C. Lisdat, The ⁸⁷Sr optical frequency standard at PTB, Metrologia 48, 399-407 (2011)