Sven Köppel 02.02.2010 13:00-14:00 ExB3-Präsentation.

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1 Sven Köppel 13:00-14:00 ExB3-Präsentation

2 Sven Köppel 13:00-14:00 ExB3-Präsentation Atomuhren

3 Gliederung Motivation: Anwendungs- beispiele DFC77 NTP GPS Geschichte
Funktionsweise Entwicklungen Strontium Atomic Clock, NIST, USA

4 Motivation Genaue Zeitmessung
Physikalische Anwendung (Forschung und Entwicklung) Standardfrequenzen Messverfahren, zur Zeit bis auf sec Flächendeckende technische Anwendung Internet GPS Pünktlich zur Uni kommen

5 Technische Anwendung: DCF77
Sendet seit 1960 Normalfrequenz und Uhrzeit auf 77,5 kHz Quelle: Cäsium-Fontäne mit sec Standardabweichung Amplitudenmoduliertes Sendesignal (Leistung gegen Zeit) Integraler Bestandteil jedes zuverlässigen Weckers

6 Technische Anwendung: NTP
Network Time Protocol Zeitsynchronisierung von Computern über laufzeitvariable Netze (Internet) → exakte Uhrzeit für Zufallszahlen, Verschlüsselung, Routing, etc. ptbtime1.ptb.de Direkt an Cs-Atomuhr Angeschlossen, Liefert Uhrzeit auf 2-32 sec genau

7 Technische Anwendung: GPS
Satelliten senden sehr genaue Uhrzeit Aus Laufzeiten berechnet sich eigene Position auf der Erde Atomuhr, 1,5mm x 4mm, 75mW

8 Forschung

9 Eine kurze Geschichte der Zeit
1945 Insidor Rabi, Columbia University: atomic beam magnetic resonance clock 1949 Bau erster Atomuhr NBS-1 am NBS (National Bureau of Standards) mit Ammoniak-Molekülen 1955 Caesiumuhr am National Physical Laboratory, GB

10 1967 SI: "Die Sekunde ist das fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."

11 1967 SI: "Die Sekunde ist das fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."

12 Funktionsweise

13 Funktionsweise

14 NBS-1

15 NBS-1

16 Verbesserungen: Caesium-Fontäne

17 NIST-F1 1960 Ideen 1980 erstmals realisiert (Stanford)
1998 Standard für UTC

18 Weitere Weiterentwicklungen
Statt Caesium → Rubidium, Wasserstoff Mikrowellen → Terahertz-Strahlung Optische Uhren Frequenzkamm 1998 AG Theodor Hänsch am MPI Quantenoptik München Nobelpreis für Physik 2005

19 Frequenzkamm Terahertzstrahlung: TOPaktuelle Forschung
Generiere diskretisiertes Licht deutlich höherer Frequenz als das zu Messende Interferiere Lichtstrahlen → Schwebung im Radiobereich Terahertzstrahlung: TOPaktuelle Forschung

20 Sven Köppel 13:00-14:00 ExB3-Präsentation Fragen?

21 Quellen, Literatur Michael A. Lombardi, Thomas P. Heavner, Steven R. Jefferts, „NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second“, The Journal of Measurement Science, vol 2 No. 4, Dec 2007 C. Audoin, J. Vanier: „Atomic frequency standards and clocks“, Journal of Physics E: Scientific Instruments, 1976 Thomas Kühl, Wilfried Nörtshäuser, „Physik des Lasers: Der Frequenzkamm“, JGU Mainz/GSI, WS 07/08 Atomic Devices and Instrumentation Group -