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.

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.

 

Von Lisa Schneider

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen-Firmenlogo
Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen Ingenieure (m/w/d) der Fachrichtungen Versorgungstechnik/Elektrotechnik und Technisches Gebäudemanagement in verschiedenen Bereichen Wiesbaden
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH-Firmenlogo
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Development Engineer (m/w/d) – Entwicklung / Pflege Software Medizintechnik Schweinfurt
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG-Firmenlogo
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG Service-Ingenieur (w/m/d) Langenfeld
Stuttgarter Straßenbahnen AG-Firmenlogo
Stuttgarter Straßenbahnen AG Planer Fahrleitungs- / Oberleitungsanlagen (m/w/d) Stuttgart
TKS GmbH-Firmenlogo
TKS GmbH Ingenieur (m/w/d) der Elektro- oder Versorgungstechnik Borken
Punch Powertrain Germany GmbH-Firmenlogo
Punch Powertrain Germany GmbH Maschinenbauingenieur / Ingenieur Fahrzeugtechnik als Gruppenleiter Mechanical Engineering (m/w/d) Lehre-Flechtorf
NORD-MICRO GmbH & Co. OHG-Firmenlogo
NORD-MICRO GmbH & Co. OHG Ingenieur (m/w/d) Leiterplattendesign / -layout Frankfurt am Main
Intertek Holding Deutschland GmbH-Firmenlogo
Intertek Holding Deutschland GmbH Prüfingenieur / Prüftechniker (m/w/d) elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Kaufbeuren
PHOENIX CONTACT Identification GmbH-Firmenlogo
PHOENIX CONTACT Identification GmbH Sowareentwickler (m/w/d) Java Villingen-Schwenningen
PHOENIX CONTACT E-Mobility GmbH-Firmenlogo
PHOENIX CONTACT E-Mobility GmbH Senior Projektleiter (m/w/d) Automotive Schieder-Schwalenberg

Alle Elektrotechnik, Elektronik Jobs

Top 5 Optoelektroni…