Präzision Gerät misst auf Billionstel Meter genau

Mithilfe eines Laserstrahls ist es einem US-Forscher gelungen, eine Strecke von einigen Millimetern auf zehn Picometer genau zu vermessen - eine enorme Verbesserung gegenüber bisherigen Verfahren.


Wenn es um präzise Längenbestimmungen geht, greifen Physiker gern zum Laser. Sie zählen einfach die Zahl der Wellenlängen zwischen zwei Punkten. Weil die Wellenlänge sehr klein ist, beim häufig verwendeten roten Laser beispielsweise 633 Nanometer, ist die Genauigkeit sehr hoch.

Präzisionsmessung: Laserstrahl eingefangen von zwei Spiegeln
J. Lawall/NIST

Präzisionsmessung: Laserstrahl eingefangen von zwei Spiegeln

Für manche Anwendungen, etwa in der Nanotechnologie, reicht diese jedoch nicht aus. John Lawall vom amerikanischen National Institute of Standards and Technology ist es jetzt gelungen, die Genauigkeit der Messung gleich um mehrere Größenordnungen zu verbessern. Der Messfehler betrage nur noch zehn Picometer, berichtet der Physiker im Fachblatt "Journal of the Optical Society of America A".

Lawall hat das neue Verfahren bereits bei einer Entfernung von einigen Millimetern getestet. Es könne später für bis zu 50 Millimeter lange Abstände eingesetzt werden. Könnte man mit diesem Verfahren die Strecke von New York nach Los Angeles bestimmen, läge der Fehler lediglich bei einem Millimeter, erklärte der Forscher.

Um eine derartige Präzision überhaupt erreichen zu können, zählte Lawall nicht die Wellenlängen, sondern konzentrierte sich auf die Frequenz des Laserstrahls. Er fing das Licht zwischen zwei gegenüberliegenden Spiegeln ein - eine Art optische Orgelpfeife. Die Länge einer Orgelpfeife kann mithilfe der Frequenz bestimmt werden, bei der es zur Resonanz kommt, die Pfeife also besonders laut ist. Ähnlich geht Lawall bei dem Laserstrahl vor: Er variiert die Frequenz, findet die Eigenfrequenzen des Spiegelsystems und kann daraus den Abstand der Spiegel berechnen.



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