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Die rückführbare Vermessung von Asphären stellt weiterhin eine enorme Herausforderung dar. Beispielsweise reagieren optische Messverfahren auf Steigungen und Krümmungen grundverschieden anders als taktile Messverfahren. Mit neuen PTB-Asphärennormalen können Vergleichsmessungen von taktilen und optischen Messverfahren an asphärischen Oberflächen durchgeführt werden, deren Form deutlich von der Kugelgestalt abweicht.

Hochgenaue optische Flächen müssen präzise vermessen werden. Um die Ebenheit der Oberflächen bestimmen zu können werden häufig aufwendige Kalibrierungen der Geräte durchgeführt. Das neue Verfahren der PTB ermöglicht jedoch eine schnelle, referenzfreie Ebenheitsmessung. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden kann sie leicht automatisiert werden und benötigt nur Relativbewegungen. Sowohl Rüstzeit des Messgerätes als auch die Messzeit selbst können so reduziert werden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 der Holzernte werden zunehmend Harvester bzw. Holzvollernter eingesetzt. Sie verfügen über eine Vorschubeinrichtung, die Baumstämme in Stücke teilt. Für eine bessere Qualitätsanalyse der Stämme, entwickeln PTB-Forscher ein verbessertes Aggregat im Arbeitskopf des Harvesters. Dies ermöglicht erstmals eine topografische Vermessung bzw. Vollkonturmessung und eine Ermittlung der Baumstammkrümmung. Hierfür liefern mehrere Ultraschallsensoren die nötigen Daten, die eine Software zu einem "Vollkonturscan" zusammenführt. Damit lassen sich verlässliche Angaben über die Qualität und den Wert des Holzes, schon während der Ernte, machen. (Foto: Copyright stockddvideo-fotolia.com)

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.

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.

Zur optischen Vermessung von Freiformflächen werden heutzutage neben interferometrischen Verfahren meist deflektometrische Verfahren wie die Streifenprojektion eingesetzt. Diese deflektometrischen Verfahren basieren auf einem Monitor welcher Streifenmuster oder andere geeignete Strukturen darstellt bzw. projiziert und einer oder mehreren Kameras welche das vom Prüfling reflektierte Licht einfangen.Bedingt durch die Baugrößen von Kameras und Monitor sind hiermit nur relativ große Messaufbauten möglich. Ferner ist es nur möglich Kameras (bzw. deren Projektionszentrum) mit einem Mindestabstand vor dem Prüfling zu positionieren, wodurch die erreichbare Messgenauigkeit limitiert wird. Das hier vorgestellte neuartige Rekonstruktionsverfahren nutzt zur Messung der vom Prüfling reflektierten Wellenfront einen Wellenfrontsensor (beispielsweise vom Shack-Hartmann Typ). Damit kann jeder Mikrolinse des Wellenfrontsensors eine Einfallsrichtung zugeordnet werden.

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.

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.

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.

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.

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 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.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ortsaufgelösten Messen einer Magnetisierung einer magnetischen Struktur, mit den Schritten:

(a) Aufbringen zumindest einer fluoreszierenden Schicht auf die magnetische Struktur, (b) Bestrahlen der Schicht mit zumindest einem Anregungs-Lichtstrahl, so dass die Schicht in einem Anregungsbereich zur Fluoreszenz angeregt wird,

(c) Bestrahlen zumindest auch des Anregungsbereichs mit zumindest einem Stimulations-Lichtstrahl, so dass die Fluoreszenz außerhalb eines Residualbereichs durch stimulierte Emission vermindert wird,

(d) Messen einer Polarisationsdrehungvon Fluoreszenzlicht aus dem Residualbereich und

(e) Ermitteln der Magnetisierung der Struktur im Residualbereich zumindest auch aus der Polarisationsdrehung.

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 ein Verfahren zum Bereitstellen einer Referenz-Frequenz, mit den Schritten Senden von Licht eines Referenz-Lasers mit der Referenz-Frequenz von einem Referenz-Ort aus, Reflektieren des Lichts an einem Spiegel-Ort, der vom Referenz-Ort bezüglich eines Lichtpfads des Lichts beabstandet ist, und Stabilisieren einer Frequenz des Lichts am Spiegel-Ort auf die Referenz-Frequenz. Erfindungsgemäß ist ein Auskoppeln eines Teils des Lichts an einem Ziel-Ort im Lichtpfad zwischen dem Referenz-Ort und dem Spiegel-Ort und Ermitteln einer Schwebung (D_Cbeat) zwischen Licht, das vom Referenz-Ort zum Ziel-Ort gelaufen ist, und Licht, das vom Referenz-Ort über den Ziel-Ort zum Spiegel-Ort und vom Spiegel-Ort zum Ziel-Ort gelaufen ist, und Ermitteln der Referenz-Frequenz aus der Schwebung (D_Cbeat) vorgesehen.

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.

Die Erfindung umfasst alle Systeme, in denen zur Lagekontrolle das bis dato angewandte Verfahren der Pulsweitenmodulation eingesetzt wird.

Das PTB-Verfahren verbessert jetzt die Stabilität und minimiert das Bewegungsrauschen des Verfahrtisches.

Eine neue Konstruktion sorgt dafür, dass der bisher reibungsfrei arbeitende Tisch ein einstellbares Gegenfeld erhält. Man kann dies auch übertragend als eine "künstliche Feder" mit einstellbarer Federkraft bezeichnen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Rollwinkels, mit den Schritten, Richten eines ersten Lichtstrahls auf einen ersten Ort eines teilzylinderförmigen Abschnitts eines Reflektors, so dass ein erster Reflexions-Lichtstrahl entsteht, der unter einem ersten Reflexionswinkel verläuft, Richten zumindest eines zweiten Lichtstrahls auf einen vom ersten Ort verschiedenen zweiten Ort des teilzylinderförmigen Abschnitts, so dass ein zweiter Reflexions-Lichtstrahl entsteht, der unter einem zweiten Reflexionswinkel verläuft, und Errechnen des Rollwinkels aus zumindest einer Größe, aus der eine Änderung des ersten Reflexionswinkels und des zweiten Reflexionswinkels herleitbar ist.