Ultrapräzise Synthese und Messung optischer Frequenzen - Optischer Frequenzkamm setzt Maßstäbe für Raum und Zeit

Prof. Dr. rer. nat. Theodor Hänsch - Nobelpreisträger 2005

Prof. Dr. rer. nat. Theodor Hänsch
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Ludwig-Maximilians-Universität, München

Licht ist die Basis der modernen Kommunikationssysteme. Doch bisher gelang es nicht, die Frequenz der verwendeten Lichtwellen präzise zu bestimmen.

Wie lässt sich dieser Hemmschuh für den Einsatz optischer Technologien beseitigen?

Die Antwort lieferte Theodor Hänsch - mit einem neuartigen Messverfahren: dem optischen Frequenzkamm. Theodor Hänsch ist Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und Professor an der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität. Außerdem ist er als Wissenschaftlicher Berater an der Stanford University in denn USA tätig.

Ein Teil des Potenzials blieb ungenutzt

Mit Laserlicht lassen sich winzige Abstände bestimmen, die Zeit messen und die Inhalte von Internetseiten via Glasfaser um die halbe Welt schicken. Allerdings: Das gesamte Potenzial solcher Anwendungen von optischer Technologie konnte man bisher nicht ausschöpfen. Denn für das Licht gab es - anders als etwa für Radiowellen - keine Möglichkeit, die Frequenz auf praktikable Weise direkt zu messen. Die Arbeitsgruppe um Theodor Hänsch erzielte auf elegante Weise einen Durchbruch bei der Lösung dieses Problems.

Die Forscher nutzten dazu einen kompakten modengekoppelten Femtosekundenlaser - also einen Laser, der Lichtblitze von wenigen Billiardstelsekunden (Femtosekunden) Dauer aussendet. Sie konnten zeigen, dass ein solcher Laser gleichzeitig Hunderttausende von scharfen Laserlinien - Licht mit unterschiedlichen Frequenzen - erzeugen kann. Dieser optische Frequenzkamm erstreckt sich über den gesamten sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich. Die Frequenz jeder einzelnen Linie des Kamms lässt sich mit Radiofrequenz-Methoden extrem genau bestimmen.

Neue Möglichkeiten für Wissenschaft und Navigation

Die neue Messtechnik ermöglicht sowohl fundamentale physikalische als auch praktische Anwendungen. So können die Wissenschaftler damit die Längeneinheit Meter erstmals so bestimmen, wie sie 1983 definiert wurde: Demnach ermittelt man die Wellenlänge eines Lasers in Metern, indem man die Lichtgeschwindigkeit durch die gemessene Lichtfrequenz dividiert. Technisch wird zum Beispiel die Entwicklung neuartiger Atomuhren möglich: Diese Zeitmesser setzen als „Pendel“ Atome ein, die mit der Frequenz von Licht schwingen und deren Genauigkeit die Präzision der besten herkömmlichen Uhren um das Tausendfache übertrifft. Sie können die Positionsbestimmung per Satelliten-Navigationssystem verbessern. Besonders viel versprechende Perspektiven eröffnen optische Frequenzkämme für die Nachrichtentechnik, wo sie die Übertragungskapazität von Glasfaserleitungen durch eine dichtere Belegung mit Kommunikationskanälen deutlich erhöht.

Inzwischen haben Hänsch und seine Mitarbeiter vier deutsche und internationale Patente angemeldet. Im Juli 2001 gründeten sie die Menlo Systems GmbH, um diese Patente kommerziell zu verwerten.

Cookies facilitate the provision of our content. By using our website you agree that we use cookies. Learn more
Ok to continue