30 Jahre Meter

Runder Geburtstag für eine Maßeinheit

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Reale Gegenstände werden mit Interferometern hochgenau vermessen

Lichtgeschwindigkeit, frequenzstabile Laser, Wellenlängennormale – all dies sind Grundlagen der präzisen Längenmessung. Doch wie wird damit ein realer Gegenstand gemessen? Mit dieser Aufgabe beschäftigt sich in PTB der Fachbereich „Interferometrie an Maßverkörperungen“. Bei der Längenmessung mittels Interferometrie wird die zu bestimmende Länge mit der Wellenlänge des Lichtes eines Lasers verglichen.

Das Prinzip: Die Lichtwelle des Lasers wird in zwei Teile gespalten. Diese beiden Wellen legen unterschiedlich lange Strecken zurück, bevor sie von Spiegeln reflektiert werden. Der Abstand der beiden Spiegel voneinander entspricht der Länge des Messobjekts. Nach der Reflexion der nun phasenverschobenen Lichtwellen an den Spiegeln werden die Wellen wieder zusammengeführt, und es kommt zur Interferenz, also zur Überlagerung von Wellenbergen und -tälern.

Diese Überlagerung kann in einem Muster von hellen und dunklen Streifen (Interferenzmuster) dargestellt werden, wobei der Abstand zweier aufeinander folgender heller Streifen der Hälfte der zu bestimmenden Wellenlänge des Lichtes entspricht. Über die Anzahl der Streifen kann so die Länge des Objekts ermittelt werden.

Bezugsnormale können auf weniger als 1 nm genau gemessen werden

In der Realität spielen noch jede Menge weitere Faktoren wie Temperatur, Druck, Oberflächenbeschaffenheit des Messobjekts und vor allem der Brechungsindex der Luft eine Rolle. Trotz der oben beschriebenen Frequenzstabilität der Laser wird dadurch die Genauigkeit einer Längenmessung stark beeinflusst. Trotzdem kann die Länge von Bezugsnormalen mit Hilfe eines in der PTB entwickelten Ultrapräzisions-Interferometers auf unter 1 nm genau gemessen werden. Mit diesen Bezugsnormalen können anschließend andere Objekte verglichen werden. Damit dienen sie den Kunden der PTB als eine Art ultrapräziser Meterstab.

* Weitere Informationen: Dr. Harald Schnatz, PTB-Fachbereich 4.3 Quantenoptik und Längeneinheit, Tel. (05 31) 5 92-43 00, harald.schnatz@ptb.de; Dr. Rene Schödel, PTB-Fachbereich 5.4 Interferometrie an Maßverkörperungen, Tel. (05 31) 5 92-54 00, rene.schoedel@ptb.de

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