Realisierung des Meters
Der Meter ist über die Strecke definiert, die Licht im Vakuum in 1/299 792 458 einer Sekunde zurücklegt. Die Längeneinheit ist damit unmittelbar an die Lichtgeschwindigkeit und die Definition der Sekunde gekoppelt.
Realisierung des Meters im Alltag
Die Realisierung des Meters bleibt im Alltag meist im Hintergrund, da es in der Praxis oft einfacher ist eine «Massverkörperung» zu benutzen. Ihre Bedeutung zeigt sich in der Vergleichbarkeit und Zuverlässigkeit von Längenmessungen in zahlreichen Bereichen des täglichen Lebens, der Industrie und der Wissenschaft.
Am METAS wird die Definition des Meters durch den Einsatz von Lasern mit bekannter und ausserordentlich stabiler Frequenz realisiert. Als Primärnormale kommen drei Helium-Neon-Laser zum Einsatz, deren optische Frequenz auf einen atomaren Übergang abgestimmt ist, genauer auf eine Absorptionslinie des Jodgases. Diese Laser dienen als besonders stabile und reproduzierbare optische Referenzen und eignen sich für den kontinuierlichen Betrieb und die langfristige Sicherstellung der Längeneinheit.
Mithilfe eines faseroptischen Frequenzkamms werden die optischen Frequenzen dieser Laser direkt mit der Realisierung der Sekunde verknüpft. Auf diese Weise wird eine unmittelbare Rückführung der Längeneinheit auf die Zeit erreicht. Die relative Unsicherheit der Meterrealisierung mit jodstabilisierten Helium-Neon-Lasern beträgt 2,5.10⁻¹¹ (Mise en pratique), was – anschaulich formuliert – einer Längenunsicherheit von etwa 1 mm bezogen auf den Erdumfang entspricht.
Typische Anwendungen der Realisierung des Meters
Die genau bekannten Wellenlängen stabilisierter Laser – z. B. 0,633 µm im Falle des roten Helium-Neon-Lasers – bilden einen «materielosen Massstab» für die Längenmesstechnik. Sie ermöglichen den direkten Vergleich gemessener Dimensionen mit der realisierten Einheit.
In interferometrischen Messsystemen werden die Wellenlängen des Laserlichts entlang einer abgefahrenen Wegstrecke über einer Massverkörperung gezählt und interpoliert. Dieses Messprinzip erlaubt einen aussergewöhnlich grossen theoretischen Messbereich, der von mehreren Dutzend Metern bis in den Subnanometerbereich reicht. In der praktischen Anwendung, begrenzt der Brechungsindex von Luft jedoch die erreichbare Genauigkeit auf einige duzend Nanometer, wodurch Messungen im Subnanometerbereich sich im ultrahohen Vakuum realisieren lassen.
Von der Realisierung des Meters direkt abgeleitete Dienstleistungen
Am Anfang jeder Kalibrierkette in der Längenmesstechnik steht die Kalibrierung der Laserinterferometer. Zur Dissemination des Meters bieten wir daher als Dienstleistung den Abgleich kommerzieller Laserinterferometer mit unseren jodstabilisierten HeNe-Lasern an, die der Realisierung des Meters dienen.
Kalibrierungen
Die Kalibrierung von Laserinterferometern am METAS umfasst nicht nur die Bestimmung der optischen Frequenz, sondern auch die Kalibrierung der Brechzahl-Kompensationseinheiten, die Umwelteinflüsse wie Luftdruck, Temperatur und Feuchte berücksichtigen und damit die Änderung der Laserwellenlänge in Luft gegenüber der stabilen Vakuumwellenlänge korrigieren.
Wir kalibrieren:
- Laserinterferometer
- optische Frequenz Wellenlänge: 633 nm
- Abweichung der angezeigten Länge bis 50 m
- Brechungsindexkompensationseinheiten
Eine detaillierte Übersicht unserer Dienstleistungen im Bereich Interferometerkalibration finden Sie in unserem Dienstleistungskatalog sowie in unseren CMC-Einträgen in der KCDB:
Die von Ihnen gewünschte Dienstleistung ist nicht aufgeführt? Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, damit wir gemeinsam eine individuelle Lösung für Ihr Problem finden können.
Messmethoden und Technologien
Kalibrierung von Laserinterferometern
Als Ursprung jeder Kalibrierkette in der Längenmesstechnik steht die Kalibrierung der Laserinterferometer. Die optischen Frequenzen eines Helium-Neon-Lasers liegen mit rund 474 THz weit über dem direkt erfassbaren Bereich herkömmlicher Elektronik. Solch hohe Frequenzen können daher nicht direkt mit elektronischen Messgeräten erfasst werden. Aus diesem Grund wird eine Heterodyn-Messstrategie angewendet, bei der der Strahl des zu kalibrierenden Lasers mit demjenigen des Primärnormals – eines jodstabilisierten Lasers – überlagert wird.
Die dabei entstehende Schwebung entspricht der Frequenzdifferenz der beiden optischen Signale. Es entsteht ein niederfrequentes Signal, das die Differenz der beiden sehr hohen Laserfrequenzen widerspiegelt. Da diese Differenz typischerweise unter 1 GHz liegt, kann sie nach opto-elektronischer Detektion direkt gemessen werden.
Qualität und Expertise
Informationen zur Qualität unserer Dienstleistungen finden Sie auf der Seite «Integriertes Managementsystem».
Anfrage und Kontakt
Labor Länge, Nano- und Mikrotechnik
Eidgenössisches Institut für Metrologie METAS
Lindenweg 50
3003 Bern-Wabern
T +41 58 387 07 08
length@metas.ch
FAQ
Inhaltsverzeichnis
Weitere Informationen
Kalibrierung
Unsere Kalibrierungen basieren auf national und international rückführbaren Referenzen und gewährleisten höchste Messgenauigkeit sowie die Rückführbarkeit auf das Internationale Einheitensystem (SI) für Messmittel aus Industrie, Forschung und Verwaltung.
METAS-Cert – Konformitätsbewertung und Zertifizierung für Messmittel in der Schweiz
METAS-Cert ist die von der Schweiz, EU und UK anerkannte Konformitätsbewertungsstelle des METAS. Wir prüfen, zertifizieren und inspizieren Messmittel sowie intelligente Messsysteme nach gesetzlichen Vorgaben, Normen und Kundenanforderungen.