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Sensoren zur Untersuchung des Schwerefeldes der Erde werden in vielfältigen Bereichen der Geodäsie, Geophysik und Gravimetrie eingesetzt. Für die Messung von Dichteinhomogenitäten in der Erdoberfläche wurde in der PTB ein differenzielles Gradiometer mit hoher Empfindlichkeit entwickelt. Das als Nullinstrument konzipierte Gradiometer ist insbesondere zur Bestimmung von vertikalen Schweregradienten geeignet, während es gegenüber störenden Einflüssen durch andere Schweregradienten sowie die absolute Fallbeschleunigung unempfindlich ist.

Für die Kalibrierung von Messgeräten für die Röntgenfluoreszenz bei kleinen Winkeln wurde in der PTB, zusammen mit einem Kooperationspartner, die Herstellung einer schichtbasierte Kalibrierprobe sowie ein damit ermöglichtes Kalibrierverfahren entwickelt.

Die Kalibrierprobe umfasst Piko- und/oder Nanometer-schichten verschiedener Elemente und ist dafür geeignet, den Einfallswinkel, die Photonenenergie sowie das Produkt aus Intensität der Anregungsstrahlung, effektivem Raumwinkel der Detektion und Detektoreffizienz in einem Röntgenfluoreszenz – Spektrometer reproduzierbar und absolut zu bestimmen.

Zur hochgenauen und gleichzeitigen Messung von Winkeln, wie z. Bsp. Nick-, Gier- und Rollwinkeln ist ein einfaches, in Messprozesse zu integrierendes, neues Verfahren entwickelt worden. Drei Singlemodefasern werden auf einem Messschlitten, dessen Bewegung gemessen werden soll, appliziert und über zwei Bildsensoren das Interferenzbild ausgewertet. Durch die Auswertungen können alle wesentlichen Parameter der Position des Messschlittens mit hoher Auswertegenauigkeit bestimmt werden.

Für die Überwachung von Anlagen und für den Gesundheitsschutz ist der Einsatz von Gassensoren und deren Kalibrierung von zunehmender Bedeutung. Beispielsweise werden zur Vermeidung von Virusübertragungen, aber auch für die Erhaltung der Konzentrationsfähigkeit der Personen in einem Raum, CO₂-Sensoren zur Überwachung der Luftqualität eingesetzt. Zur Kalibrierung dieser Sensoren werden Prüfgasgemische benötigt, deren Konzentration – insbesondere im Bereich von 400 ppm bis 2000 ppm –dynamisch eingestellt werden können. Ein innovatives Verfahren aus der PTB nutzt hierfür eine Vorrichtung zur Mischung eines Matrixgases und eines Zumischgases mithilfe von kritisch betriebenen Düsen. Wobei die Bestimmung des Mischungsverhältnisses eines binären Prüf- oder Kalibriergases nur anhand von Druckmessungen an zwei Düsen erfolgt.

Das Ziel der magneto-optischen Falle (MOT) ist das zuverlässige Einfangen und Kühlen von Atomen mit Laserlicht, wobei ein einfallender Fallenstrahl zur achromatischen Erzeugung aller Fallenstrahlen führt. Jede atomare Spezies benötigt eine spezielle Laserwellenlänge, manche sogar mehrere. Kompakte Geometrien erzeugen alle benötigten Laserstrahlen aus einem einzigen einfallenden Strahl mittels diffraktiver oder reflektiver Elemente.
Das neue Konzept der PTB kombiniert die Vorteile diesen Ansatzes zu einer achromatischen, quasi-planaren Atomfalle.

Bei der Messung mit Koordinatenmessgeräten (KMG) werden häufig Drehtische eingesetzt, um das zu vermessende Objekt im KMG zu positionieren. Die aus dieser Rotationsführungen resultierenden Geometrieabweichungen sind durch geeignete Kalibrierverfahren in allen 6 Freiheitsgraden zu ermitteln und zu minimieren. Mit Hilfe eines Kugeltellers kann die Messung der Abweichungen direkt auf dem KMG selbstkalibrierend durchgeführt werden. Das neue Konzept der PTB sieht vor, die dafür benötigte Anzahl der Kugelmessungen deutlich zu minimieren, wobei sowohl die Anzahl der Kugeln auf dem Teller als auch die Zahl der Messpositionen im KMG reduziert werden kann. Die Messunsicherheit gegenüber dem bisherigen Verfahren erhöht sich bei geeigneter Auswahl der Kugel- bzw. Messpositionen nur unwesentlich.

Mikrostrukturierte Neutralatom- und Ionenfallen stellen eine Plattform für Quantensensoren dar und eignen sich zur Implementierung zukünftiger Quantencomputer. Sie speichern neutrale und geladene Atome (Ionen) über ihrer Oberfläche durch inhomogene magnetische oder elektrische Felder. Forscher der PTB haben mehrere Verfahren für die Herstellung von Schicht-Strukturen entwickelt, die den hohen Anforderungen von Mehrlagen-Atomfallen gerecht werden. Auf Grundlage dieser Verfahren ist die Vielfalt in Form, Funktionalität und Einsatzszenario dieser Mikrostrukturen sehr groß.

Kleinste Mengen einzelner Gase können erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, die Umwelt oder industrielle Prozesse haben. Für diese wichtige Messaufgabe entwickeln PTB-Forscher eine verbesserte Version einer Herriott-Zelle. Die neue Zelle erreicht mit einem Spiegeldurchmesser von 150mm und einem Abstand von 1m eine effektive Laser-Weglänge von bis zu 1000 Metern. Durch eine konzentrische Anordnung der Spiegel und der geschickten Montierung planer Elemente im Innenraum (s. Bild), wird eine effektivere Nutzung der Spiegeloberflächen realisiert. Daher ist die Wechselwirkung des Lasers mit Gasgemischen besonders intensiv.

Die Raman-Mikroskopie ist eine vielseitige Messmethode zur zerstörungsfreien Charakterisierung von chemischer Probenzusammensetzung, Kristallinität und mechanischen Spannungseinflüsse. Ortsaufgelöste Informationen im Mikrometerbereich werden durch schrittweises Abrastern der Probe unter dem Mikroskop erhalten. Die Qualität des erhaltenen Bildes wird dabei maßgeblich durch die Eigenschaften der Scan-Einrichtung beeinflusst. Deshalb ist eine sorgfältige Kalibrierung des Mikroskoptisches erforderlich. Herkömmliche Standards zur Kalibrierung von optischen Mikroskopen sind nur sehr eingeschränkt für die meisten Raman-Messaufgaben verwendbar, da sie entweder kein Raman-Signal hervorrufen (Cr, SiO2, Quarz) oder die Anforderungen an Orthogonalität, Topographie und Periodizität nicht erfüllen. Aus diesem Grund wurde ein neuer Raman-Standard entwickelt.

Für Präzisionslängenmessungen an Objekten mit Strukturen im Nanometerbereich werden häufig Laser-Interferometer eingesetzt. Bei hohen Präzisionsanforderungen wirkt sich bereits ein minimal geänderter Brechungsindex in Luft negativ aus. Eine Messung im Vakuum würde diese Einflüsse vermeiden, ist aber nicht bei allen Messobjekten möglich. Zusammen mit dem Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme in Ilmenau wurde ein Verfahren entwickelt, das auf einer luftgelagerten Vakuum-Abdichtung beruht. Das Messobjekt kann außerhalb des Vakuums positioniert werden, und mit Ausnahme eines sehr kleinen Luftspalts verläuft der Strahlengang des Interferometers im Vakuum. 

Um den Rollwinkel bei hochpräzisen Linearverstellern in der optischen Messtechnik oder der industriellen Fertigung besonders einfach zu messen, hat die PTB ein low-cost Verfahren entwickelt, dass nur zwei Single-Mode-Glasfasern und einen herkömmlichen Bildsensor ohne Optiken benötigt. Die zwei fest zueinander positionierten Enden der Glasfasern befinden sich auf dem bewegten Objekt. Die emittierte Laserstrahlung erzeugt ein Interferenzmuster aus parallelen Streifen auf der Sensorfläche. Diese ist raumfest verankert. Bei einer Rollbewegung des Objektes dreht sich auch das Interferenzmuster. Der Drehwinkel wird mittels Fourier-Analyse aus dem Streifenmuster berechnet. Der Messbereich von 360° kann mit einer Auflösung von wenigen Winkelsekunden, also etwa 0,001°, erfasst werden. Zudem ist das Verfahren unempfindlich gegenüber Nick- und Gier-Bewegungen sowie Bewegungen senkrecht zu und entlang der optischen Achse.

Ein neues Messverfahren ermöglicht durch Nutzung einer Rb-Gaszelle den Aufbau eines Quantensensors für Geschwindigkeitsmessung. Dabei wird die Phase des rückreflektierten Probenstrahls bei einer Dopplermessung, nach Durchlaufen der Rb-Zelle detektiert und analysiert. Dadurch können Geschwindigkeitsmessungen in LIDAR/RADAR-Anwendungen um mehrere Größenordnungen verbessert werden. Der technische Aufwand einer Realisation beschränkt sich auf Anwendung etablierter optischer Technologien wie stabilisierte Laser und Atomdampfspektroskopie. Die neuen Technologien befinden sich derzeit in einer schnellen Entwicklungsphase und können einfach in miniaturisierte Module integriert werden.

Mittels einer speziellen Endspiegel-Konstruktion einer Laser-Cavity ist es möglich, für die Planität der verwendeten Spiegel auch unter wechselnder Druckbelastung zu sorgen. Die Konstruktion beruht darauf, die eigentlichen Resonatorspiegel beidseitig, spannungsfrei mit dem gleichen Druck zu beaufschlagen, auch wenn der Druck im Innern der Mess-Cavity sich deutlich vom äußeren Druck des Gesamtaufbaus unterscheidet. Damit ist es möglich, Partialdrücke in der Laser-Cavity zu bestimmen, wenn diese in eine Vakuummesskammer eingebracht wird. Hierdurch ist es beispielsweise über Absorptionsmessungen möglich - sehr geringe Partialdrücke von Gasen und deren Konzentration über einen weiten Druckbereich mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

Bisherige Spiegelhalter sind lediglich in der Lage jeweils nur einen Strahl zu justieren. Sollten zwei Strahlen mit einem Abstand von wenigen Millimetern (~2- 15mm) auf einen Spiegel fallen, so ist es nicht möglich diese unabhängig voneinander mit einem einzigen Halter zu justieren. Es werden in diesem Fall immer zwei oder weitere Halter benötigt. Dies erzeugt einen sehr hohen Strahlenabstand und sorgt für einen deutlich höheren Platzverbrauch auf dem optischen Tisch. Durch den patentierten Doppelspiegelhalter der PTB ist dieses Problem nunmehr gelöst.

Bei der Übertragung von optischen Signalen mit hoher Frequenzstabilität oder geringer Unsicherheit treten entlang des Übertragungspfades signifikante Instabilitäten sowie Verluste auf. Diese gilt es zu kompensieren, um die Qualität des Signals während der Übertragung beizubehalten. Das neuartige PTB-Konzept beschreibt eine Lösung zur skalierbaren optischen Ende-zu-Ende-Pfadstabilisierung mit potenziell nicht-reziproken Teilpfaden, die mit geringem technischen Aufwand realisiert werden kann.

Für die Übertragung von ultrastabilen optischen Frequenzen über lange Glasfaserstrecken werden bidirektionale Verstärker benötigt, um optische Verluste von etwa 20 dB pro 100 Kilometer zu kompensieren. Der neue PTB-Aufbau eines Faser Brillouin Amplifier Moduls (FBA) verbessert die Einkopplung des Pumplasers und reduziert die Signalverluste innerhalb des Aufbaus. Mithilfe eines zusätzlichen Monitorports kann jetzt die Polarisation zwischen Signal und Pumplaser präzise justiert und permanent überwacht werden.

Bei der Realisierung von Quantenprozessoren, die Qubits mithilfe von Ionen implementieren, werden Ionenfallen für die Speicherung und Manipulation der Qubits benötigt. Herkömmliche Ionenfallen besitzen Elektroden zur Erzeugung des Fallenpotenzials und separate Komponenten zur Photodetektion. Das neuartige PTB-Konzept führt diese beiden Bestandteile erstmals zu einem integrierten Bauteil zusammen.

Eine PTB-Erfindung ermöglicht die Übertragung und Empfang des Signals eines ultrastabilen "single-frequency"-Lasers über große Entfernungen in normalen Telekommunikationsglasfasern. Die Erfindung löst das Problem des Anschlusses einer großen Anzahl von Kunden an eine einzige Faserstrecke. Eine optische Frequenz wird über eine lange Glasfaserleitung übertragen und kann jetzt - trotz der zu erwartenden Störungen in Phase, Mittenfrequenz und Polarisation - an jedem Ort der Leitung abgetastet und auf die Ursprungsfrequenz u_o des PTB-Normals rückgeführt werden. Die Erfindung stellt zugleich einen bedeutenden Schritt zur Übertragung des Zeitsignals einer optischen Uhr („Atomuhr aus der Steckdose“) dar.

Die Erfindung betrifft ein Spiegelbauteil für einen optischen Resonator, mit einem Spiegelelement zum Reflektieren von Licht und einem Abstandshalter, wobei der Abstandshalter im Intervall zwischen 0°C und 50°C einen Nulldurchgang im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (alpha_k) hat und wobei das Spiegelelement eine mechanische Güte aufweist, die größer ist als die Güte (Q_A) des Abstandshalters. Erfindungsgemäß ist ein Kompensationselement vorgesehen, das im Intervall zwischen 0°C und 50°C einen Nulldurchgang im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (alpha_k) hat, wobei das Spiegelelement zwischen dem Abstandshalter und dem Kompensationselement angeordnet ist.

Die Rasterkraftmikroskopie steht vor der Herausforderung, dreidimensionale Strukturen schnell und präzise zu messen. Diese schnelle Inspektion auf größere Flächen auszudehnen ist Ziel eines neuen hybriden Messsystems. Mit ihrer Entwicklung integriert die PTB in den Aufbau des interferometrisches optischen Mikroskops eine Rasterkraftmesseinrichtung, die zur Aufnahme eines detaillierten Ausschnitts in den optischen Pfad geschwenkt wird. Die Besonderheit dabei ist, dass der interferometrische Messpfad gleichzeitig als Auswerteeinheit des Rasterkraftmikroskops dient. Die Projektion des Interferenzbilds auf dem Cantilever erfolgt mit einer neuen Bildanalyse, bei der die Position der Interferenzstreifen ausgewertet wird. Das System ist somit einfach in bestehende interferometrische Messgeräte integrierbar.

Die rückführbare Vermessung von Asphären mit Unsicherheiten im Bereich einiger zehn Nanometer stellt eine große Herausforderung dar. Mit an der PTB entwickelten Asphärennormalen können Asphären- und Freiformflächenmessgeräte deutlich besser kalibriert werden und Vergleichsmessungen von taktilen und optischen Messverfahren an asphärischen Oberflächen durchgeführt werden.

Ulbricht-Kugeln (integrating spheres) werden oft zur Lichtstrom-Messung eingesetzt, so auch bei der Transmissionsmessung von Mikroskopobjektiven. Diese Transmissionsmessungen können jetzt mit einem neuen Zusatzelement mit verbesserter Genauigkeit durchgeführt werden. PTB-Mitarbeiter entwickelten einen speziellen Einsatz, der die Einlassöffnung der Ulbricht-Kugel dem Objektiv optimal anpasst.  Dadurch kann bei vorhandenen Kugeln eine bessere Messgenauigkeit erzielt werden.

In einem neuen PTB-Verfahren werden Autokollimatoren insbesondere bei der Detektion der Verkippung von Interferometern verwendet, die wiederum Freiformen und asphärischen Linsen vermessen. Hierzu ist an dem Interferometer ein Spiegelelement aus mehreren Teilspiegeln angebracht. Der Messbereich des Autokollimatos kann somit deutlich erweitert werden, ohne an Genauigkeit zu verlieren. Zusätzlich ist eine spezifische Führung für das Interferometer, als Topografiesensor der Oberfläche des Prüflings, entwickelt worden.

In der industriellen Fertigung werden häufig Markerstrukturen genutzt, um die relative Lage zweier Objekte zueinander zu ermitteln. Eine neue Messmethode der PTB hat durch die Kombination von optischem Imaging und Scatterometrie eine Auflösung der räumlichen Überlagerung von unter 1 nm erreicht und ist zudem besonders schnell. Zugleich werden die Markerstrukturen in den Fokus eines Lasers gebracht und das von ihnen gestreute Licht auf einer Quadrantendiode detektiert. Dabei ergibt sich bei exakter Überlagerung der Strukturen eine symmetrische Intensitätsverteilung an der Diode. Abweichungen hiervon sind ein genaues Maß für die Güte der Überlagerung. Die Methode lässt sich mit einfachen optischen Komponenten in einen Messprozess integrieren.

Ein neuartiges Verfahren ermöglicht Software-gestützt eine deutlich verbesserte Kalibrierung von Mehrelementsensoren (FPA) und bildgebenden Systemen (Kameras). Bei flächigen Strahlungsquellen kann zusätzlich eine gezielte Ansteuerung von Flächenelementen zu einer bisher nicht erreichbaren Flächenhomogenität führen.

Der Wechsel-Gleich-Spannungstransfer wird mithilfe von Apparaturen durchgeführt, die sowohl auf Wechselstrom als auch auf Gleichstrom auf bekannte Art und Weise reagieren. Die herkömmliche Methode für diesen Transfer erfolgt bislang mit thermischen Konvertern und ist bei höheren Spannungen mit beträchtlichen Verlustleistungen behaftet. Überdies sind darauf basierte Verfahren mit erhöhten Messunsicherheiten verbunden. Das neue Konzept der PTB zum Transfer von Spannungen beruht auf einem bekannten elektrooptischen Effekt, dem sog. Pockels-Effekt, und wird durch Nutzung eines bestimmten Segments der Übertragungsfunktion umgesetzt. Eine solche Implementierung ist von niedrigen bis zu hohen Spannungen skalierbar, zudem mit geringfügigen Verlustleistungen verknüpft und ermöglicht so Messungen hoher Frequenzen.

Mit einem 3D-Rastekraftmikroskop (englisch: atomic force microscope AFM) können kritische Dimensionen oder nanostrukturierte Vertiefungen genau vermessen werden. Das neue Konzept der PTB sieht ein miniaturisiertes AFM in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), vor. Neben der Auflösung der drei translatorischen Bewegungen der Spitze ermöglicht es, zur Genauigkeitssteigerung auch drei rotatorische Bewegungen zu detektieren. Dieses Verfahren dient dazu beispielsweise hinterschnittene Strukturen besser aufzulösen bzw. in Ecken besser messen zu können. Dabei wird das AFM aus einem Chip gebildet, der auf Grund erhabener Strukturen einen Bauraum von 20 mm Kantenlänge nicht überschreitet.

Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder zumindest einer Winkeländerung, mit einem Homodyn-Interferometer, das einen Strahlteiler zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls und eines Mess-Lichtstrahls aus einem primären Lichtstrahl, einen Referenz-Reflektor zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls, einen beweglich geführten Mess-Reflektor zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls und einen Detektor umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl und der Mess-Lichtstrahl interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors ein sich veränderndes Interferenzmuster entsteht, dessen Veränderung vom Detektor erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Detektor zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters aufweist und das Homodyn-Interferometer eine Transformationsvorrichtung umfasst, die mit dem Detektor zum Einlesen von Detektor-Messwerten verbunden und eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte in einen Frequenzraum.

Spektrale Kalibrierungen optischer Empfänger erfolgen meist durch Monochromatoren, die mit Hilfe optischer Gitter oder Prismen aus dem Spekrum einer Weißlichtquelle einen schmalen Wellenlängenbereich emmittieren. Die Strahlungsleistung ist aufgrund der physikalischen Limitierung entspechend gering. Die neue PTB-Erfindung hingegen erlaubt erstmals Kalibrierungen ohne Monochromatoren und somit nahezu ohne Leistungsverluste oder Fluoreszens. Zusätzlich wird dabei die Repetationsrate aufgrund der geschickten Konfektionierung der einzelnen Komponenten deutlich erhöht.

Die Erfindung betrifft ein Laser-Längenmesssystem mit einer Laserlichtquelle für erstes Laser-Licht einer ersten Wellenlänge, einem zumindest abschnittsweise konvex sphärischen Reflektor, der einen Krümmungskreis-Mittelpunkt und einen Krümmungskreis-Radius hat, einer Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des ersten Laser-Lichts auf den Reflektor, so dass ein erster Mess-Laserstrahl entsteht, einem Retroreflektor zum Reflektieren des ersten Mess-Laserstrahls, so dass ein erster reflektierter Laserstrahl entsteht, einer Laserstrahl-Nachführvorrichtung, die zumindest auch um den Krümmungskreis-Mittelpunkt schwenkbar ist und ausgebildet ist, um den Mess-Laserstrahl dem Retroreflektor nachzuführen. und einem Interferometer zum interferometrischen Messen einer Abstandsänderung des Retroreflektors vom Krümmungskreis-Mittelpunkt anhand des ersten reflektierten Laserstrahls. Erfindungsgemäß

ist zumindest eine Quelle für zweites Laser-Licht zumindest einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge und eine Einrichtung zum Fokussieren des Laser-Lichts der zweiten Wellenlänge auf den Reflektor vorgesehen, wobei die Laserstrahl-Nachführvorrichtung ausgebildet ist zum Richten eines vom Reflektor reflektierten zweiten Mess-Laserstrahls in Richtung des Retroreflektors.

Die Erfindung betrifft eine Frequenzstabilisierungsvorrichtung mit (a) einem

optischen Resonator, der einen ersten Spiegel, zumindest einen

zweiten Spiegel, eine Fixiervorrichtung, mittels der der erste Spiegel relativ zum zweiten Spiegel fixiert ist, aufweist und eine optische Achse besitzt, wobei der erste Spiegel und der zumindest zweite Spiegel so angeordnet sind, dass sie einen geschlossenen Lichtweg entlang zumindest einer optischen Achse begrenzen, und (b) einer Haltevorrichtung zum Halten des optischen Resonators, die eine Mehrzahl an Verbindungselementen aufweist, in denen die Haltevorrichtung mit der Fixiervorrichtung verbunden ist, wobei jedes der Verbindungselemente so ausgebildet sind, dass es die Fixiervorrichtung bezüglich zweier translatorischer Freiheitsgrade von Bewegungen der Haltevorrichtung entkoppelt und bezüglich eines translatorischen Freiheitsgrads fixiert.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längenmessvorrichtung, insbesondere zur absoluten Längenmessung. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Absolut-Längenmessvorrichtung mit (a) einer Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Strahls und zumindest eines zweiten Strahls (b) einer Frequenzversatz-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines von null verschiedenen Frequenzversatzes zwischen den beiden Strahlen, (c) einer ersten Messstrecke, in der beim Betrieb der Absolut-Längenmessvorrichtung zumindest ein Teil zumindest eines der Strahlen läuft und (d) zumindest einem Detektor, der so angeordnet ist, dass auf ihm der erste und der zweite Strahl interferieren, so dass mindestens ein Schwebungssignal entsteht, anhand dessen eine absolute Länge der Messstrecke ermittelbar ist.

Detektoranordnung zum Leiten elektromagnetischer Strahlung aus einer optischen Faser auf einen Detektor, wobei ein Austrittsende der optischen Faser mit einer Austrittsfläche und eine Detektorfläche des Detektors in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens so weit mit einem für elektromagnetische Strahlung einer gewünschten Wellenlänge transparenten, nicht-gasförmigen Material gefüllt ist, dass elektromagnetische Strahlung, die aus der Austrittsfläche des Austrittsendes der optischen Faser austritt, direkt in das Material eintritt und von dem Material direkt auf die Detektorfläche fällt.

Die Erfindung betrifft eine Durchführung einer Leitung durch eine Durchgangsöffnung einer Wandung, wobei die Durchführung wenigstens einen Verschlusspfropfen aufweist, der eine Durchgangsbohrung aufweist, in der die Leitung geführt ist, und der derart in die Durchgangsöffnung eingesetzt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Wandung und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Leitung zumindest im Bereich des Verschlusspfropfens eine Hülse gasdicht festgelegt ist, die die Leitung umgibt und derart in die Durchgangsbohrung eingeführt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Hülse und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist und die Hülse entlang einer Längsstreckung relativ zu dem Verschlusspfropfen verschiebbar und um die Längsrichtung drehbar ist.

Optisches und daher berührungsloses Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung; das LDA-Verfahren wird aufgrund seiner geringen Messunsicherheit zur Volumenstrommessung verwendet. Weitere Anwendungsgebiete der LDA sind die Strömungsdiagnose und die Kalibrierung von Anemometern.

Für Optimierungs-, Kalibrier- und Rekonstruktionsverfahren optischer Systeme müssen Jacobi-Matrizen bestimmt werden. Bisher werden die Jacobi-Matrizen gewöhnlich numerisch durch Variation der zu betrachtenden Parameter und Wiederholung der Simulation erstellt (numerischer Differenzenquotient). Dies kostet jedoch viel Zeit und kann zu numerischen Ungenauigkeiten führen. Das hier entwickelte Verfahren ermöglicht die analytische Berechnung solcher Jacobi-Matrizen und verbessert dadurch die Performance und Genauigkeit erheblich. Das Verfahren eignet sich für optische Systeme bei denen ein Strahl von einem Startpunkt zu einem bestimmten Endpunkt verfolgt wird (Rayaiming). Das Rayaiming selbst ist ein nichtlineares Problem, welches mehrere Raytracingvorgänge benötigt und somit rechenintensiv ist.

Zur Messung von Geschwindigkeitsverteilungen von strömenden Fluiden werden laseroptische Messsysteme verwendet. Sie können rückwirkungsfrei und mit hoher Genauigkeit Strömungszustände erfassen. Eine hohe Bedeutung wird dabei der Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) zugeschrieben. Mit ihr ist es möglich, alle drei Strömungskomponenten eines Strömungszustandes über einen großen Bereich gleichzeitig zu erfassen.

In vielen Rohrleitungs-, Schauglasarmaturen oder optischen Zugängen gibt es bauartbedingte Hochpunkte und Toträume, in denen sich Luft befinden kann. Im Betrieb von verfahrenstechnischen Anlagen, Kraftwerken oder Strömungs-Messsystemen ist häufig eine vollständige Entlüftung, beziehungsweise Minimierung der eingeschlossenen Luftmenge unerlässlich. Durch das neue PTB-Verfahren wird die eingeschlossene Luft im Betrieb der Armatur automatisch durch die Hauptströmung abgesaugt.

Für Volumenstrommessungen mithilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) muss das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der Rohrleitung bestimmt werden. Dazu werden die Fluidgeschwindigkeiten an mehreren Messpositionen innerhalb des Rohres vermessen. Die Geschwindigkeitsinformation ist auf eine Kalibrierung des Interferenzstreifenabstandes an einem Geschwindigkeitsnormal rück-führbar. Durch die neue PTB-Erfindung wird die Messunsicherheit der Positionsbestimmung deutlich verringert, da nun auch Informationen über die Geometrie und die Brechungsindizes des optischen Zugangs messtechnisch direkt vor Ort erfasst werden.

Überall dort wo Flächensensoren kalibriert werden müssen, von der Thermografie bis hin zu Herstellern von Kameras im Konsumgüterbereich ist die computergestützte Kalibriemethode der PTB anwendbar. Sind bei Flächenemittern die einzelnen Emitterzellen getrennt ansteuerbar, so erlaubt das Verfahren die direkte Homogneisierung der Quelle. Die übliche Abrasterung des Emitters mittels eines Einzelsensors kann völlig unterbleiben. Die PTB-Erfindung ermöglicht die Realiserung von einzigartig homogenen Strahlquellen bei gleichzeitiger Reduzierung der Kalbrierzeit.

Zur genauen Bearbeitung von Silizium-Wafern muss deren Orientierung der Kristallrichtung erkannt werden. Die neue PTB-Erfindung verbessert das Bestimmungsverfahren für <110>-Wafer durch eine zusätzliche Lichtdetektion spezieller Teststrukturen auf der Oberfläche und ermöglicht erstmals einen automatisierbaren Bestimmungsprozess. Damit wird die Kristallrichtung mit sehr hoher Genauigkeit bestimmbar und die Wafer können so präziser für Bearbeitungsmaschinen ausgerichtet werden. Das Verfahren ist zudem einfach in bestehende Anlagen integrierbar.

Größenverteilungen von Mikropartikeln oder ihr wellenlängenabhängiger Brechungsindex können bisher nur durch größeren Aufwand bestimmt werden. Das neue PTB-Verfahren vereinfacht die Messung: Aus dem Transmissionsspektrum von Partikeln in Suspensionen, Emulsionen oder Aerosolen wird der spektrale Extinktionsquerschnitt abgeleitet und anschließend mittels eines mathematischen Auswerteverfahrens analysiert. Mit einer einzigen Transmissionsmessung an festen oder flüssigen Mikropartikeln ermöglicht das Verfahren die gleichzeitige Bestimmung der der Größenverteilung, der Konzentration und des spektralen Brechungsindex‘ von Partikeln, mit dem sich die chemische Zusammensetzung analysieren lässt.

Die Kalibrierungen von Höchstfrequenzelektronik, wie z. Bsp. ultraschnelle Photodioden oder High-End-Osziloskopen, mit einer Bandbreite von bis zu 100 GHz für IKT-Anwendungen werden routinemäßig an einem Primärnormal in der PTB im Kundenauftrag durchgeführt. Hierzu müssen die hochpreisigen Systeme in die PTB verbracht werden. Eine direkte Prüfung in den Zwischenzeiträumen ist gegenwärtig durch Anwender und Hersteller solcher Systeme nicht möglich. Die PTB hat jetzt ein schuhkartongroßes Spannungspulsnormal entwickelt, dessen Emissionseigenschaften an dem Primärnormal kalibriert und dann in einer Datenmatrix abgelegt werden. Damit ist der Einsatz eines rückgeführten Pulsstandards, z. Bsp. für die Vermessung der Übertragungseigenschaften der 100 GHz Systeme auch am Ort des Anwenders oder Herstellers möglich. Dieses System kann als Transfernormal eines Pulsgenerators mit Frequenzkomponenten deutlich jenseits von 100 GHz betrachtet werden. Es ermöglicht eine erhöhte Messrichtigkeit bei den Anwendern, ohne die typischerweise jährliche Primärkalibrierung, überflüssig zu machen. Konzeptbeschreibung, Stücklisten und Layout-Diagramme können über eine Lizenz erworben werden.

Derzeit werden Ebenheitsmessungen hauptsächlich mit teuren Autokollimatoren oder Interferometern realisiert. Die PTB-Erfindung „Tiltmeter-EADS“ (Exact Autocollimation Deflectrometric Scanning) ermöglicht die Vermessung der Oberflächentopografie großer Flächen ohne solche komplexen optischen Systeme. Der vereinfachte Aufbau der PTB-Technologie verwendet einen Autokollimator lediglich als Nullinstrument, während die eigentliche Messung bzw. die Neigungsbestimmung des Probentisches über ein Tiltmeter ausgeführt wird. Damit greifen die Forscher auf einfachere Komponenten zurück, um schnellere und präzisere Messergebnisse zu erhalten. Der neue Aufbau ermöglicht zudem eine Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Systemen.

Akustooptische Modulatoren (AOM) dienen zur Modulation der Frequenz und Intensität von Laserstrahlung. Verläuft der Strahl zweimal durch den AOM wird eine Verdopplung der Frequenzverschiebung bei gleichzeitig guter Unterdrückung der primären Strahlfrequenz ermöglicht. Diesen Aufbau nennt man Double-Pass-Anordnung. Das neue PTB-Design verwendet eine spezifische Faltung des Strahlengangs für die Verwendung im ultravioletten Spektralbereich. In dem Design werden gleichzeitig zwei Nachteile herkömmlicher UV-Double-Pass-Anordnungen eliminiert, in dem hier kein Strahlenfokus in der Nähe einer Spiegeloberfläche liegt und der Gesamtaufbau zudem äusserst kompakt realisiert ist.

Bei der Radiusmessung von Sphärensegmenten stellt die thermische Ausdehnung der Messapparatur einen sehr großen und die Unsicherheit beschränkenden Einflussfaktor dar. Das neue PTB-Verfahren für die interferometrische Messung von Sphärensegmenten kompensiert solche Unsicherheiten durch Kombination eines Distanz-messenden Interferometers (DMI), das die Position der zu vermessenden Oberfläche von der Rückseite aus vorbestimmt, und den Phaseninformationen des Fizeau-Interferometers, das die Abstandsinformation direkt, aber nur modulo der halben Wellenlänge registriert.

Zur Messung der Maßhaltigkeit von gewalzten Produkten (Folien, Blechen usw.) werden im Produktionsprozess zur Erfassung von Stärken im Bereich von 5-30 μm verschiedene Verfahren benutzt. Die derzeitig besten optischen Verfahren kommen dabei auf eine Messunssicherheit > 1 μm. Für Spezialfolien und weitere Anwendungen werden jedoch wesentlich geringere Messunsicherheiten vom Markt gefordert. Das Verfahren integriert Mehrwellenlängeninterferometrie in bestehende Lasertriangulationsbasierte Sensoriken, um durch einen Korrekturpfad und über zusätzliche Phaseninformationen die Messunsicherheit auf 0,1 μm zu senken.