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Aktuelle Forschungsnachrichten und Nachrichten aus dem Jahresbericht

Nachrichten aus dem Jahresbericht 2016

Im Rahmen des im Metrologischen Forschungsprogramms EMRP geförderten Projekt NEWSTAR wurde experimentell die Berechenbarkeit eines berechenbaren quanteneffizienten Detektors bzgl. seines polarisations-, winkel- und bandbreitenabhängigen Verhaltens überprüft und bestätigt. Die Empfindlichkeit eines Photometers wurde schließlich gegen diesen Detektor kalibriert und das Ergebnis mit dem Wert verglichen, der sich aus der Kalibrierung entsprechend der aktuellen Rückführungskette ergibt, wobei sich eine Übereinstimmung im Rahmen der Messunsicherheit ergab.

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Um die spektrale Bestrahlungsstärke der Sonne im nahen Infrarot (NIR) hochgenau vermessen zu können, wurden Spektroradiometer des „Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique“ (BIRA-IASB) direkt auf das nationale Normal der PTB für spektrale Bestrahlungsstärke, den Schwarzen Strahler rückgeführt. Anschließend konnten bei der PYR-ILIOS Messkampagne am Mauna Loa Observatory (Hawaii, USA) erfolgreich sogenannte „Top Of Atmosphere“- /Messungen mit den in der PTB kalibrierten Geräten durchgeführt werden.

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Eine bzgl. Photonenfluss absolut rückgeführte Einzelphotonenlichtquelle wurde im Rahmen des europäischen EMRP-Forschungsprojektes „Single-photon sources for quantum technologies“ (SIQUTE) zum ersten Mal realisiert und metrologisch charakterisiert. Die Einzelphotonenquelle basiert auf einem NV- (Nitrogen Vacancy-) Farbzentrum in einem Nanodiamanten, der auf einer quasi-dielektrischen Antennenstruktur angebracht ist. Der Photonenfluss ist abstimmbar von 55 fW bis 75 fW, welches einer Photonenrate von 190 000 bis 260 000 Photonen pro Sekunde entspricht.

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Im Rahmen des EMRP-Forschungsprojektes „Single-photon sources for quantum technologies“ (SIQUTE) wurde die Detektionseffizienz eines Si-Einzelphotonen-Avalanche -Detektors als Transfernormal mit zwei unabhängig voneinander rückgeführten Messverfahren gemessen: zum einen mit dem an der PTB entwickelten „Zwei-Abschwächer-Verfahren“, zum anderen mittels einer direkten Kalibrierung durch Vergleich mit einer am tschechischen nationalen Metrologieinstitut CMI entwickelten extrem rauscharmen Si-Photodiode. Es wurde eine Übereinstimmung der beiden Messverfahren innerhalb der Messunsicherheit festgestellt.

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Das Joint Research Project SIQUTE (Single-Photon Sources for Quantum Technologies) im Rahmen des Open Excellence Calls des European Metrology Research Programmes (EMRP) wurde erfolgreich angeschlossen. Das Projekt hatte das Ziel, effiziente Einzelphotonenquellen für Anwendungen in der Metrologie zu entwickeln. Das herausragende Ergebnis der PTB war die metrologische Charakterisierung einer absoluten Einzelphotonenquelle. Details können auf den EURAMET Webseiten (Opens external link in new windowwww.euramet.org) gefunden werden.

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Zur Charakterisierung von Sonnensimulatoren wurde ein Detektor entwickelt, der aus einer quadratischen Anordnung von 81 Einzelsolarzellen besteht. Der Detektor wurde unter Bestrahlung mit Sonnenlicht bezüglich seiner Empfindlichkeit für Bestrahlungsstärke und seiner spektralen und Homogenitätseigenschaften charakterisiert. Mit dem Detektor wurde bereits ein gepulster Sonnensimulator charakterisiert. Er steht jetzt auch für die Untersuchung anderer Typen von Sonnensimulatoren zur Verfügung.

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Neue Strategien zur Charakterisierung von Leuchtdichtekameras erlauben die Berücksichtigung der realen Orts- und Abstrahlungscharakteristik des zur Kalibrierung benutzten Normals und werden eine verbesserte rückführbare Charakterisierung mit Messunsicherheiten erlauben.

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Im EMPIR-Forschungsvorhaben “ Reference algorithms and metrology on aspherical and freeform optical lenses ” werden zusammen mit dem Projektkoordinator Labo-ratoire national de métrologie et d'essais (LNE)( und 17 weiteren Partnern neue Refe-renzalgorithmen und Messverfahren zur Formmessung von Asphären und Freiform-flächen entwickelt. Innerhalb der PTB wird das Forschungsprojekt gemeinsam von den Fachbereichen Bild- und Wellenoptik und Mathematische Modellierung und Da-tenanalyse bearbeitet. Schwerpunkte in der PTB sind die Entwicklung von metrologi-schen Referenzflächen, die die Vergleichbarkeit von Formmessungen verschiedener Messgeräte erleichtern werden, die Auswertung von Vergleichsmessungen zwischen den Projektpartnern  sowie die Weiterentwicklung und Unsicherheitsanalyse des Til-ted-Wave Interferometers, das in der PTB für die Formmessung von Asphären und Freiformflächen eingesetzt wird.

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Im Rahmen eines DFG-Projektes (gepris.dfg.de/gepris/projekt/258565427)
wird in Kooperation mit dem Bremer Institut für angewandte Strahltechnik ein Scher-Interferometer zur Formmessung von optischen Oberflächen entwickelt. Im Mittel-punkt der Entwicklung steht eine teilkohärente LED-Multiquellenbeleuchtung, die eine optimale Anpassung der Beleuchtung an die Prüflingsgeometrie ermöglicht. In Kombination mit einem Raytracing-Modell des Interferometers können auch asphärische Oberflächen gemessen und die Messunsicherheit untersucht werden. 

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Zur präzisen Messung des Strahldichtefaktors ist die reflektierte Strahlung so voll-ständig wie möglich zu charakterisieren, inklusive ihres Polarisationszustands. Dazu wurde das Gonioreflektometer der Arbeitsgruppe Reflexion und Transmission mit ei-ner Polarisations-Analysator-Einheit ausgestattet. Die Notwendigkeit der polarisati-onssensitiven Untersuchung wurde an Hand von Messungen an goniochromatischen Effektpigmenten gezeigt, bei denen sich besonders große Polarisationseffekte be-obachten lassen, die stark von der Messgeometrie und der Wellenlänge abhängen.

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