Sven Köppel02.02.201013:00-14:00

ExB3-Präsentation

AtomuhreAtomuhrenn

Sven Köppel02.02.201013:00-14:00

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GliederungMotivation:

Anwendungs-beispiele

DFC77NTPGPS

GeschichteFunktionsweise

Entwicklungen

Strontium Atomic Clock, NIST, USA

MotivationGenaue Zeitmessung

Physikalische Anwendung(Forschung und Entwicklung)

StandardfrequenzenMessverfahren, zur Zeit bis auf 10-15 sec

Flächendeckende technische Anwendung InternetGPSPünktlich zur Uni kommen

Technische Anwendung: DCF77 Sendet seit 1960 Normalfrequenz

und Uhrzeit auf 77,5 kHz Quelle: Cäsium-Fontäne mit 10-12

sec Standardabweichung

Integraler Bestandteiljedes zuverlässigenWeckers

Amplitudenmoduliertes Sendesignal(Leistung gegen Zeit)

Technische Anwendung: NTP Network Time Protocol

Zeitsynchronisierung von Computern über laufzeitvariable Netze (Internet)

→ exakte Uhrzeit für Zufallszahlen, Verschlüsselung, Routing, etc.

ptbtime1.ptb.deDirekt an Cs-AtomuhrAngeschlossen,Liefert Uhrzeit auf2-32 sec genau

Technische Anwendung: GPS Satelliten senden sehr

genaue UhrzeitAus Laufzeiten berechnet sich eigene Position auf der Erde

Atomuhr, 1,5mm x 4mm, 75mW

Forschung

Eine kurze Geschichte der Zeit1945 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

1967 SI: "Die Sekunde ist das 9 192 631 770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."

1967 SI: "Die Sekunde ist das 9 192 631 770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung."

Funktionsweise

Funktionsweise

NBS-1

NBS-1

Verbesserungen: Caesium-Fontäne

NIST-F11960 Ideen1980 erstmals realisiert (Stanford)

1998 Standard für UTC

Weitere WeiterentwicklungenStatt Caesium → Rubidium, Wasserstoff

Mikrowellen → Terahertz-StrahlungOptische UhrenFrequenzkamm

1998 AG Theodor Hänsch am MPI Quantenoptik München

Nobelpreis für Physik 2005

FrequenzkammGeneriere diskretisiertes Licht deutlich höherer Frequenz als das zu Messende

Interferiere Lichtstrahlen → Schwebung im Radiobereich

Terahertzstrahlung:

TOPaktuelleForschung

FrageFragen?n?

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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

http://tf.nist.gov/timefreq/cesium/fountain.htm Atomic Devices and Instrumentation Group -

http://tf.nist.gov/timefreq/ofm/smallclock/Welcome.html http://www.ptb.de/