Entwicklung von optischen Frequenzreferenzen

Atom- undMolekülabsorptionslinien werden heutzutage in weiten Bereichen der Optik alsWellenlängenkalibrationsreferenzen eingesetzt, da diese selbst unterschwankenden Umgebungsbedingungen höchst stabile Frequenznormale bilden.Moleküle wie Acetylen und Hydrogenzyanid haben sehr schmalbandige Absorptionenim Bereich von 1500nm als Rotations-Vibrations-Übergänge. Diese Übergängekönnen leicht direkt durch Absorptionsspektroskopie nachgewiesen werden.Atomare Übergänge im Bereich von 1300-1700nm sind im Allgemeinen nicht direktnachweisbar, da es sich um Übergänge zwischen angeregten Zuständen des Atomshandelt. Üblicherweise werden diese Anregungszustände mit Hilfe vonLaser-anregung oder durch eine elektrische Gasentladung hergestellt. Eineeinzige Gaslaser-Referenzlinie vom HeNe-Laser bei 1523nm ist nutzbar.
Um die Genauigkeit (Accuracy) einer Frequenzreferenz zu beschreiben bezieht mansich auf das Verhältnis von relativer Frequenzabweichung zur absolutenSendefrequenz des benutzten Atom- oder Molekülübergangs. Mit demCäsium-Standard bei 10MHz hat man international eine Quelle mit einerGenauigkeit von 1,5x10-14 zur Verfügung. In Deutschland ist einesolche Frequenzreferenz bei der PTB in Braunschweig in Betrieb. Die Sekunde istdas 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beidenHyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Csentsprechenden Strahlung.
Weitere Standards stehen in den meisten entwickelten Industrieländern bei derenjeweiligen Metrologieorganisationen zur Verfügung. Da eine solche Quelle nurbegrenzt portabel ist, ist man bestrebt weitere auf der Cs-Referenz basierendeSekundärquellen zu erschließen. Zum einen muss die Genauigkeit der Referenz bei10MHz auf weitere Frequenzbereiche ausgeweitet werden.
Beginnend von Cs-Standard mit einer Genauigkeit von besser 10-14sollte es direkt vom Cs abgeleitet im Überlagerungsexperiment eine Klasse vonReferenzlasern im optischen Kommunikationstechnikbereich geben. Diese Lasersollten eine Genauigkeit von besser 10-10 haben. Darauf aufbauendsollte es tragbare Laborstandards geben, die eine Frequenzgenauigkeit von 10-9(0,2MHz @200THz, 1,5µm) erreichen sollten. Diese Art von Laborstandard stelltein wichtiges Bindeglied zwischen den nichtportablen Referenzlasern und denungenaueren Feldequipment dar.