Andreas Bauch

„Quantentechnologien“, „Quantensprung“ sind Vokabeln, die aktuell en vogue sind und die Webseiten sowohl politischer wie wissenschaftlicher Organisationen schmücken. Daher erscheint es gerade jetzt richtig daran zu erinnern, dass quantenmechanische Effekte die Grundlage der Zeitmessung seit nunmehr 65 Jahren sind, und in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) seit nunmehr 50 Jahren mit der Atomuhr CS1 ein bedeutendes, im engen Sinne des Wortes, Maß-gebendes Quantennormal tickt. Bild 1 zeigt CS1 im Jahr 1969 in der Atomuhrenhalle des Kopfermann-Baus der PTB. In den PTB-Mitteilungen haben die damalig Verantwortlichen ihr Werk im selben Jahr vorgestellt [1] und auch die ersten „offiziellen“ Messwerte sind nachgewiesen. Was sich dahinter verbirgt wird später erklärt.

Martin Gutbrod , Andreas Bauch, Dieter Sibold, Tobias Klein, Dirk Piester

Der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde mit dem Zeitgesetz von 1978 die Aufgabe übertragen, die für das öffentliche Leben in Deutschland maßgebende Uhrzeit darzustellen und zu verbreiten (siehe die aktuelle Version von 2008 [1]). Dies sind die mitteleuropäische Zeit oder die mitteleuropäische Sommerzeit (MEZ oder MESZ), welche durch Addition von einer bzw. zwei Stunden zur Realisierung der koordinierten Weltzeit UTC (engl. Coordinated Universal Time) in der PTB, genannt UTC(PTB) generiert wird. Die Eigenschaften von UTC(PTB) wurden zuletzt in [2] diskutiert.

Seit vielen Jahren nimmt die Bedeutung des Internets bzw. des World Wide Web (WWW, Web) stetig zu. Damit geht die Erwartung vieler Menschen einher, alle für sie relevanten Informationen im Web zu finden. Der Browser und seine unterstützenden Technologien entwickeln sich zum universellen Instrument auf dem Weg in die Wissensgesellschaft. Daher liegt es nahe, die Fähigkeiten aktueller Browser zu nutzen, um eine genaue Uhr auf nahezu jedem internetfähigen Endgerät darstellen zu können.

Roman Schwartz, Peter Ulbig

Oberstes Ziel der 1955 gegründeten Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML) mit 122 Mitgliedstaaten ist es, die Vielzahl der nationalstaatlichen Rechtsvorschriften und messtechnischen Prüfungen von Messgeräten international zu harmonisieren, für die gegenseitige Anerkennung von Prüfergebissen in den Mitgliedsländern zu sorgen und damit technische Handelshemmnisse im Sinne der WTO (World Trade Organization) abzubauen. Betroffen sind viele eichpflichtige Messgeräte, wie zum Beispiel Waagen, Zapfsäulen, Gas-, Wasser- und Elektrizitätszähler aber auch Längenmessgeräte, Geschwindigkeitsmessgeräte zur Verkehrsüberwachung und Taxameter. Die OIML hat zurzeit 61 Mitgliedstaaten und 61 korrespondierende Mitgliedstaaten. Die Kirgisische Republik ist seit diesem Jahr neues Korrespondierendes Mitglied.

Die 54. Sitzung des Internationalen Komitees für das gesetzliche Messwesen (CIML) fand vom 22. bis 25. Oktober in Bratislava statt. Gastgeber war das Slovak Office of Standards, Metrology and Testing (UNMS).

Empfangssystem für glasfasergeführtes ultrapräzises Frequenzsignal

Eine PTB-Erfindung ermöglicht die Übertragung 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. Die Erfindung stellt zugleich einen bedeutenden Schritt zur Übertragung des Zeitsignals einer optischen Uhr dar (Atomuhr aus der Steckdose).

Impulsgeneratorschaltung mit hoher Pulswiderholrate und Synchronisation auf ein externes HF-Signal

Für vielfältige Anwendungen in der Ansteuerung von z. B. elektrooptischen Geräten, wie Diodenlasern oder Pockelszellen, werden heutzutage Pulsgeneratoren benutzt, die sehr kurze Pulse (z. B. 10 ns) und Spannungen von mehreren 10–100 Volt erzeugen. Deren Wiederholfrequenz ist derzeitig auf einige MHz begrenzt. Die neue PTB-Erfindung erhöht durch einen speziellen Schaltungsaufbau die Pulswiederholrate erheblich: Mehrere identische Pulsgeneratoren werden in einer festen Abfolge periodisch eingesetzt und durch eine separate Einheit angesteuert. Außerdem ist eine Synchronisation auf ein externes Hochfrequenz-Signal möglich, das beliebig wählbar ist und auf die Phasenlage abgestimmt werden kann.

Herstellung von mehrlagigen Atom- und Ionenfallen

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.

Spiegelbauteil für ultrastabile Resonatoren

Ein neuartiges Spiegel-Konzept für Fabry-Perot-Resonatoren führt durch eine entscheidende Verringerung des thermischen Rauschens zu einer höheren Frequenzstabiliät des Resonators bei geringerem Aufwand für die Temperaturstabilisierung. Die Kombination aus Design und Materialauswahl führt zu einer relativen Frequenzstabilität im Bereich von 10^–16. Dabei lässt sich das Spiegelbauteil einfach und kostengünstig fertigen.

Effiziente Optik eines Faser- Brillouin-Verstärkers mit erleichterter Automatisierbarkeit

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.

Ansprechparter:

Innovationen und Technologietransfer
E-Mail: Dr. Bernhard Smandek