Grundlagen

Das Meter

Das Meter (m) ist die SI-Einheit der Länge. Es wird definiert durch die Konstante der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c. Der Zahlenwert dieser Konstante ist auf 299 792 458 festgelegt, wenn sie in m s⁻¹ angegeben wird und die Sekunde durch Δν_Cs definiert ist.

Diese, im Wesentlichen seit 1983, gültige Definition der Längeneinheit weist der Lichtgeschwindigkeit einen festen Wert zu. Die Lichtgeschwindigkeit kann daher nicht mehr gemessen werden, vielmehr ist die Längeneinheit direkt von der Zeiteinheit (Sekunde) abhängig. Im BEV erfolgt die Realisierung dieser Definition sehr direkt mittels optischer Femtosekunden-Kammgeneratoren. Mit diesen Geräten ist es möglich, die von der Cs-Atomuhr gelieferte elektrische Frequenz (die eine Verkörperung der Zeiteinheit darstellt) in Frequenzen die sichtbaren Licht entsprechen, zu vervielfachen. Diese Vervielfachung arbeitet ganz analog wie ein mechanisches Zahnradgetriebe: kennt man die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Rades sowie die Anzahl der Zähne der beteiligten Zahnräder, so kennt man auch die Umdrehungsgeschwindigkeit des letzten Rades mit der gleichen relativen Unsicherheit. Dieses Prinzip eines mechanischen Uhrwerkes wird nun auch beim Femtosekunden-Kammgenerator angewendet, nur wird hier eine Frequenz von 10 MHz auf etwa 500 THz hinauftransformiert, ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 000 000!

In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik wurden die im BEV verwendeten Kammgeneratoren soweit modifiziert, dass nun beinahe jeder in der Längenmetrologie eingesetzte Laser direkt kalibriert werden kann. Die erreichbare Messunsicherheit ist im Wesentlichen durch die Instabilität der Prüflinge begrenzt, letzten Endes auch durch die Realisierung der Sekunde.