PTB-Mitteilungen 2013 Heft 4 - Physikalisch-Technische ...

PTB-Mitteilungen 123 (2013), Heft 4
Helmholtz-Preis n
HELMHOLTZ-PREIS 1981 (Preisverleihung am 16.03.1981)
Dr. Frank Spieweck
für die Arbeit „Entwicklung eines Laser-Frequenznormals hoher Präzision im sichtbaren Spektralbereich bei 582 THz“
Hochpräzises Laserfrequenznormal im Sichtbaren
Wie schon der vierte so wurde auch der fünfte Helmholtz-Preis
für Präzisionsmessungen im Bereich der Laserphysik vergeben.
Die mit 5000 DM dotierte Auszeichnung ging 1981 an Dr.
Frank Spieweck von der PTB Braunschweig für seine Arbeit
„Entwicklung eines Laser-Frequenznormals hoher Präzision im
sichtbaren Spektralbereich bei 582 THz“. Für die Messung von
Längen mittels Interferenz haben frequenz- oder wellenlängenstabilisierte
Laser eine herausragende Bedeutung. Da für eine
Längenmessung durch Lichtinterferenz mehrere verschiedene
Lichtwellenlängen benötigt werden, hatte man in der PTB seit
1968 an der Stabilisierung nicht nur einer roten Laserlinie gearbeitet,
wie sie der jodstabilisierte He-Ne-Laser liefert, sondern
auch einer grünen Laserlinie. Ab 1972 wurden mit Hilfe von
Jodmolekül-Absorptionslinien auch Argonionen-Laser stabilisiert,
deren grüne Linie bei 582 THz im Jahr 1975 mit hoher
Genauigkeit bestimmt werden konnte. Nach Vergleichsmessungen mit PTB-Lasern in
England und Frankreich wurde der Wellenlängenwert der Linie, der bei 514,5 nm liegt,
1979 international empfohlen. Allerdings hatten unabhängige Frequenzmessungen, die
am MIT und am Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) in Paris durchgeführt worden
waren, für eine bestimmte Hyperfeinstrukturkomponente der Linie eine überraschend
große Differenz von 43,5 kHz ergeben. Diese Diskrepanz aufzuklären, war ein Ziel der
Arbeit von Frank Spieweck.
Dazu baute er zwei transportable frequenzstabilisierte Argonionen-Laser. Die Kurzzeitschwankungen
der Laserfrequenz beseitigte er, indem er diese mit der Resonanzfrequenz
eines kompakten Fabry-Perot-Resonators stabilisierte. Zur Langzeitstabilisierung
stimmte er die Laserfrequenz auf eine Jodmolekül-Referenzlinie ab. Anschließend
wurden die Frequenzen der beiden Laser miteinander verglichen, indem deren Strahlung
überlagert und die dabei auftretende Schwebungsfrequenz gemessen wurde. Während
der eine Laser auf eine bestimmte Hyperfeinkomponente abgestimmt war, wurde der
andere Laser nacheinander auf die zu messenden Komponenten stabilisiert. Wie sich
zeigte, schwankten die Schwebungsfrequenzen nur um 200 Hz. Im Laufe von vier
Monaten wichen die Frequenzen der beiden Laser höchstens um 1,6 kHz voneinander
ab. Die an der PTB gemessenen Frequenzen der Hyperfeinkomponenten stimmten mit
den am LBL in Paris ermittelten Frequenzen auf etwa 1 kHz überein, sodass die erwähnte
Diskrepanz ausgeräumt werden konnte. Die Frequenzunsicherheit seiner beiden
transportablen Laser schätzte Spieweck auf 5,5 kHz ab, was einer relativen Unsicherheit
von weniger als 10 –11 entsprach. Der Argonionen-Laser zusammen mit einem jodstabilisierten
He-Ne-Laser ermöglicht es, Längen sehr genau und auf einfache Weise durch
Interferenz zu messen. Zudem ist die Frequenz des jodstabilisierten Argonionen-Lasers
wegen des großen Frequenzabstandes zum jodstabilisierten He-Ne-Laser ein wichtiger
Bezugspunkt für die Kalibrierung von Spektrallinien.
Literatur
••
F. Spieweck: Entwicklung eines Laser-Frequenznormals hoher Präzision im
sichtbaren Spektralbereich bei 582 THz. PTB-Mitteilungen 91, (1981), 336
Prof. Dr.-Ing. Dieter Kind (li.),
Dr. Frank Spieweck (re.)
Frank Spieweck, geboren 1937 in
Fichtenau bei Berlin, begann 1958 ein
Physikstudium in Braunschweig, das er
1963 mit einer Diplomarbeit über ,,Untersuchungen
an zwei Bandensystemen
des Stickstoffes“ abschloss. Seit 1966
arbeitete er im Laboratorium für die Längeneinheit
der PTB Braunschweig. Von
dort aus hatte er 1974 mit einer Arbeit
über den Argonionen-Laser bei Herbert
Welling an der damaligen Technischen
Hochschule Hannover promoviert. Später
war er wissenschaftlicher Laborleiter
an der PTB und arbeitete u. a. am Projekt
zur Bestimmung der Avogadro-Konstante
mit, das zur Vorbereitung einer Neudefinition
des Kilogramm durchgeführt wird.
Seit 1999 ist er im Ruhestand.
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