Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Das Meter aus der Steckdose

Ein neues Konzept zum Vergleich optischer Uhren per Glasfaser ist in der PTB entwickelt und an einer Glasfaserstrecke erprobt worden. Eine optische Frequenz, die aus einem optischen Frequenzstandard abgeleitet wurde, konnte mit einer Unsicherheit von etwa 1 · 10–17 über eine Glasfaserstrecke von insgesamt 211 km Länge übertragen werden.

Ein Interferometer mit fasergekoppelten, akustooptischen Modulatoren detektiert Schwankungen der optischen Weglänge in der Übertragungsfaser.

Die besten Atomuhren und optischen Frequenzstandards mit angestrebten relativen Messunsicherheiten kleiner als 10–16 stehen in verschiedenen Laboratorien, und häufig in unterschiedlichen Ländern. Eine Möglichkeit, um Frequenznormale mit der besten Genauigkeit untereinander zu vergleichen und höchstpräzise Frequenzen an Industrie und Forschungseinrichtungen weiterzugeben, ist die Übertragung hochstabiler optischer Frequenzen über Glasfasern, wie sie für die optische Telekommunikation verwendet werden. Sie sind unterirdisch verlegt gut geschützt und weisen eine geringe Dämpfung von etwa 0,25 dB pro Kilometer für Strahlung im nahen Infrarot auf.

Bei dem in der PTB entwickelten Verfahren kann die Frequenz eines optischen Normals mit einem Femtosekunden-Frequenzkammgenerator phasenkohärent in den nahen Infrarotbereich umgesetzt werden. Eine so synthetisierte optische Frequenz wurde nun im Rahmen einer internationalen Kooperation in eine Glasfaserstrecke von 86 km Länge eingespeist, die zwei Forschungsinstitute in Paris miteinander verbindet. Durch zusätzliche Faserspulen wurde die Strecke bis auf 211 km verlängert.

Wegen mechanischer, akustischer und thermischer Einflüsse auf die optische Faser schwankt die optische Weglänge, was sich am Ende der Übertragungsstrecke durch Frequenzfluktuationen bemerkbar macht. Diese Schwankungen wurden aber interferometrisch erfasst und durch eine Regelung um etwa drei Größenordnungen unterdrückt. So konnte für die glasfasergestützte Frequenzübertragung eine Unsicherheit von etwa 1 · 10–17 erreicht werden.

Mit der Umsetzung und Übertragung einer optischen Trägerfrequenz steht der PTB ein weltweit einzigartiges Verfahren zum Vergleich von Frequenznormalen auch über weite Strecken zur Verfügung. Es eröffnet gleichzeitig die Möglichkeit, Referenzfrequenzen an Forschungslaboratorien zu verteilen und für grundlegende Fragestellungen der Physik nutzbar zu machen.

Ansprechpartner:

Telefon: +49-531-592-0