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Frequenzübertragung mit Glasfasern

Arbeitsgruppe 4.34

Profil

Den Abstand zwischen Erde und Mond auf das 100 000stel des Durchmessers eines Haares genau messen: mit dieser Genauigkeit misst die Arbeitsgruppe 4.34 zwar keine astronomischen Distanzen, jedoch die Frequenz von Licht. Das weltweit für die Telekommunikation verlegte Glasfasernetz eröffnet hierbei neue Möglichkeiten für höchstpräzise Messungen und Vergleichsexperimente über weite Strecken quer durch Deutschland und Europa. Dabei wird mittels optischer Interferometrie die Phase von Laserlicht an den beiden Enden einer bis zu 2000 km langen Telekommunikations-Glasfaser verglichen. Signalverluste, die über diese langen Übertragungsstrecken auftreten, werden mittels selbstgebauter Verstärker kompensiert, die auf dem Prinzip der stimulierten Brillouin-Streuung basieren.

Die präzise Messung von Frequenzen ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, so können zum Beispiel Atomuhren aus verschiedenen Ländern Europas miteinander verglichen werden, oder Höhenmessungen in der Geodäsie mit einer Auflösung kleiner 0,01 m zukünftig realisiert werden.

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Forschung/Entwicklung

Mit Hilfe optischer Uhren lassen sich prinzipiell wesentlich kleinere Unsicherheiten und höhere Stabilitäten bei der Realisierung der Zeiteinheit erreichen als mit Mikrowellennormalen. Diese Tatsache kann in naher Zukunft zu einer Neudefinition der Basiseinheit „Sekunde“ führen. Um dieses Potenzial voll auszuschöpfen, ist es erforderlich, auch optische Uhren mit unterschiedlichen optischen Frequenzen und an unterschiedlichen Standorten direkt miteinander vergleichen zu können. Wichtige Hilfsmittel hierfür sind optische Kammgeneratoren und Glasfasern.

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Faser Brillouin Verstärker ermöglichen neue Distanzen von Glasfaserverbindungen für die Metrologie. Die Verstärkung des Signales in den Glasfasern erfolgt dabei über den Effekt der stimulierten Brillouin-Streuung. Die im Vergleich zu Erbium-dotierten Faserverstärken kleine Verstärkungsbandbreite von 10 MHz erlaubt eine Verstärkung von 50 dB und mehr, womit sich die Gesamtzahl an Verstärkern auf einer Übertragungsstecke deutlich reduzieren lässt. (Vollständiger Artikel nur in Englisch.)

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Um den steigenden Anforderungen an Bandbreite gerecht zu werden, werden vermehrt Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) Systeme in der optische Telekommunikation verwendet. Gegenwärtig erweitert sich der Wellenlängenbereich ständig, und gleichzeitig werden die Kanalabstände immer geringer. Für die Kalibrierung von Messsystemen und Unterstützung von Netzwerken werden Wellenlängenreferenzen im Bereich zwischen 1480 nm und 1640 nm mit relative hoher Genauigkeit benötigt.

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geo-Q

In einem Teilprojekt (A04) des Sonderforschungsbereichs geo-Q befasst sich die Arbeitsgruppe 4.34 mit höchstgenauer Frequenzübertragung über Glasfasern. Ein Ziel ist hierbei hochpräzise (optische) Uhren an verschiedenen Standorten zu vergleichen. Im Gravitationspotential der Erde ergeben sich scheinbare Frequenzunterschiede zwischen zwei Uhren, wenn diese unterschiedlich hoch positioniert sind. Dieser relativistische Effekt entspricht der Gravitationsrotverschiebung für Licht, was den Höhenunterschied zwischen den Uhren überwindet. So ermöglicht es die Allgemeine Relativitätstheorie, Höhenunterschiede mit einer Auflösung von 1 cm zu messen, wenn sowohl die Frequenzübertragung selbst, als auch die Uhren eine Genauigkeit von 10-18 aufweisen. Im Nachbarteilprojekt A03 werden für solche Untersuchungen hochgenaue transportable Uhren u.a. mit Sr-Atomen (AG 4.32) entwickelt.

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Dienstleistungen

Im Bereich dieser Arbeitsgruppe werden keine Dienstleistungen erbracht. Die Dienstleistungen des Fachbereichs und der anderen Arbeitsgruppen werden auf den jeweiligen Webseiten beschrieben.

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Informationen

Angebote für Studenten

Wie an der PTB im Allgemeinen, besteht auch in der Arbeitsgruppe 4.34 die Möglichkeit eine studentische Arbeit zu schreiben, ein Praktikum zu absolvieren oder sich als Werksstudent an der Forschung zu beteiligen. Bei Interesse an den Themen und Projekten der Arbeitsgruppe, können Sie sich zunächst Opens internal link in current windowan die zentralen Ansprechpartner wenden und dort als Wunsch die Arbeitsgruppe nennen. 

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