Neuer Weltrekord 03.07.2017, 13:57 Uhr

Schärfster Laserstrahl der Welt entwickelt

Forschern ist es gelungen, eines der präzisesten Werkzeuge noch genauer zu machen. Sie entwickelten einen Laserstrahl, mit dem optische Atomuhren verbessert werden können.

Laser werden in der Industrie etwa zum Bearbeiten von Werkstücken eingesetzt – wie hier in der Automobilbranche.

Laser werden in der Industrie etwa zum Bearbeiten von Werkstücken eingesetzt – wie hier in der Automobilbranche.

Foto: Julian Stratenschulte/dpa

Laserstrahlen werden zum Schneiden von Metallen ebenso verwendet wie zum Vermessen von Brücken oder zum Befestigen einer sich ablösenden Netzhaut am Auge. Sie sind vielfältig und sie gelten als äußerst präzise. Doch ihr Potenzial ist längst nicht ausgeschöpft, wie nun Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zeigten. Sie entwickelten den bisher schärfsten Laserstrahl der Welt.

Schärfster Laserstrahl der Welt streut auf nur 10 Millihertz

Laserstrahlen sind nichts anderes als elektromagnetische Wellen. Wer sich das verdeutlicht, dem dämmert Folgendes: Das von Lasern ausgehende Licht besteht nicht aus einer einzigen Frequenz, sondern es streut. Für das menschliche Auge ist das nicht sichtbar, aber es ist messbar. Man nennt es die Linienbreite.

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Meister der Elektrotechnik (m/w/d) als Bauaufsicht und Netzführung Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Elektromonteure (m/w/d) Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Netzleitwarte Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) C-ITS Entwicklung Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
Menlo Systems GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für die Produktion von Frequenzkämmen Menlo Systems GmbH
Planegg Zum Job 
STILL GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Embedded Software (m/w/d) STILL GmbH
Hamburg Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik - Netz- & Energietechnik, Smart Grid (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Inbetriebsetzungsleiter*in Leit-, Feld- und Automatisierungstechnik (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Projektmanager*in (m/w/d) in Steuerung von Projekten im Bereich Wasserstoff und Energiewende THOST Projektmanagement GmbH
Mannheim Zum Job 
Desitin Arzneimittel GmbH-Firmenlogo
Elektroniker / Mechatroniker (m/w/d) für Betriebstechnik Desitin Arzneimittel GmbH
Hamburg Zum Job 
Excellence AG-Firmenlogo
GreenTech Engineer (m/wd) Elektrotechnik Excellence AG
Großraum Essen Zum Job 
Excellence AG-Firmenlogo
GreenTech Engineer (m/w/d) Embedded Software Excellence AG
deutschlandweit Zum Job 
Excellence AG-Firmenlogo
GreenTech Engineer (m/wd) Automatisierung Excellence AG
deutschlandweit Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Wirtschaftsjurist*in (m/w/d) für Contract & Claimsmanagement in Immobilienprojekten THOST Projektmanagement GmbH
Pforzheim Zum Job 
Hillenbrand-Firmenlogo
Elektrotechnikingenieur Hardwarekonstruktion (m/w/d) Hillenbrand
Weingarten Zum Job 
RENK Test System GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Antriebstechnik RENK Test System GmbH
Augsburg Zum Job 
Hermann Pipersberg Jr. GmbH-Firmenlogo
Fertigungsingenieur (m/w/d) Hermann Pipersberg Jr. GmbH
Remscheid Zum Job 
IMS Messsysteme GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/i) für Röntgen-, Isotopen- und optische Messsysteme IMS Messsysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
Scheidt & Bachmann Fare Collection Systems GmbH-Firmenlogo
Wirtschaftsingenieur / Ingenieur Elektrotechnik / Informatiker / Betriebswirt als Senior Bid Manager (m/w/d) Scheidt & Bachmann Fare Collection Systems GmbH
Mönchengladbach bei Düsseldorf Zum Job 

Der haben sich die Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) gemeinsam mit US-Wissenschaftlern eines Instituts der University Boulder und des National Institute of Standards and Technology angenommen und einen Laser mit einer Linienbreite von nur 10 Millihertz entwickelt. Zum Vergleich: Bisherige Laser brachten es auf eine Linienbreite von einigen Kilohertz, also der 100.000-fachen Breite des jetzt entwickelten Lasers.

Auch die Takttreue konnten die Forscher wesentlich verbessern

Der ultrascharfe Laser hat aber nicht nur eine geringere Streuung, nein, er hält auch den Takt besser als herkömmliche Lasertypen. Die Forscher des PTB beschreiben das so: „Obwohl die Lichtwelle knapp 200 Billionen Mal pro Sekunde schwingt, gerät sie erst nach 11 Sekunden aus dem Takt. Der ausgestrahlte Wellenzug hat dann schon eine Länge von etwa 3,3 Millionen Kilometern erreicht.“

Grundlage der neuen Präzision ist dieser neue Resonator aus Silizium.

Grundlage der neuen Präzision ist dieser neue Resonator aus Silizium.

Quelle: PTB

Grundlage dafür war ein neuer Resonator, den die Forscher um den PTB-Physiker Thomas Legero aus einem Silizium-Einkristall produziert haben. Diesen haben sie so weit von allen Umwelteinflüssen wie Temperatur- sowie Druckveränderungen abgeschirmt, dass nur noch die thermischen Bewegungen der Atome im Resonator selbst übrig blieben. In Kombination mit einer ausgetüftelten Stabilisierungselektronik folgt die Lichtfrequenz des Lasers so nur noch der Eigenschwingung des Resonators. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Physical Review Letters.

Die neu entdeckte Präzision der PTB und des Gemeinschaftsinstituts Jila stellt jedenfalls einen neuen Weltrekord dar – und weckt Hoffnungen.

Ultrahohe Präzision für Atomuhren und Astronomie

Denn für einige Anwendungen ist diese äußerste Präzision notwendig. Etwa für die nächste Generation von Atomuhren, die sich derzeit in der Entwicklung befinden: optische Atomuhren. „Je kleiner die Linienbreite des verwendeten Lasers ist, desto genauer lässt sich die Frequenz der Atome in einer optischen Atomuhr ermitteln. Mit dem neuen Laster können wir die Qualität unserer Uhren daher entscheidend verbessern“, sagt Legero. Die optischen Atomuhren im PTB in Braunschweig profitieren bereits von der Entwicklung.

Aber auch für Präzisionsmessungen an ultrakalten Atomen, für Tests der Relativitätstheorie und der Radioastronomie soll der neue Laser zum Einsatz kommen.

Auch die Industrie von morgen setzt auf präzises Licht

Für die Wirtschaft muss es zwar nicht ganz so genau sein, wie für die Wissenschaft, dennoch sind präzise Licht-Werkzeuge dort nicht mehr wegzudenken. Jeder zweite Industriemanager in Deutschland rechnet laut Laser-World-Trendindex damit, dass Licht-Werkzeuge die mechanische Materialverarbeitung ablösen werden. Zumindest in den traditionellen Fertigungsbranchen. Und drei von vier Betriebe nutzen bereits Lösungen der Photonik und laserbasierter Systeme, um zu schweißen, zu schneiden oder zu bohren.

Und warum? Weil es als äußerst präzise gilt, sagen über 90% der Befragten.

Die Angaben stammen aus der Befragung von 100 deutschen Industriemanagern.

Die Angaben stammen aus der Befragung von 100 deutschen Industriemanagern.

Quelle: Messe München

Mehr Anwendungsfälle, ob für sicheres Fahrradfahren oder zur Abwehr von Booten auf See, finden Sie hier.

 

Ein Beitrag von:

  • Lisa Diez-Holz

    Die Autorin war von 2017 bis Ende 2019 Content Managerin für das TechnikKarriere-News-Portal des VDI Verlags. Zuvor schrieb sie als Redakteurin für die VDI nachrichten.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.