Wie lassen sich mit Hilfe von Licht kleinste Abstände, Längen oder Wegänderungen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, noch präziser und stabiler messen? Mit dieser Frage beschäftigen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fachgebiet Nanofabrikations- und Nanomesstechnik im Projekt „MELI – Forschung an Methoden zur externen Referenzierung für die Diodenlaser-lnterferometrie“. Wir haben mit Prof. Thomas Kissinger und Doktorandin Jasmin Ruprecht über ihre Forschungen gesprochen.
Herr Prof. Kissinger, Frau Ruprecht – woran genau arbeiten Sie im Projekt MELI, und welches Problem in der Präzisionsmesstechnik wollen Sie damit lösen?
Im Projekt MELI erforschen wir neue Methoden, um Laserquellen in so genannten interferometrischen Messsystemen noch genauer und stabiler zu machen. Solche Systeme messen Längen, Abstände oder Bewegungen mit extrem hoher Genauigkeit – sie sind also ein zentraler Bestandteil moderner Messtechnik. Die Laserquelle ist dabei von fundamentaler Bedeutung, da bei einem Interferometer die zu messende Länge sozusagen mit der Frequenz bzw. der Vakuumwellenlänge des Laserlichtes „verglichen wird“, sie fungiert damit als Maßverkörperung, sodass ihr Absolutwert sehr genau bekannt und hinreichend stabil sein muss. Unser Ansatz ist: Wir koppeln ein oder mehrere Laser über eine so genannte elektronische Phasenregelschleife (PLL) und nutzen ein flexibles, digitales Steuerkonzept. Damit können wir Laserfrequenzen nicht nur sehr stabil halten, sondern sie auch extern auf hochgenaue Referenzen zurückführen – etwa auf nationale Frequenzstandards.
Für solche Forschungen ist eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie entscheidend. Welche Partner sind in diesem Fall am Projekt beteiligt?
Wir von der TU Ilmenau, genauer gesagt unser Institut, das Institut für Prozessmess- und Sensortechnik (IPMS), sowie unser Partner SIOS Meßtechnik GmbH, ein in der interferometrischen Präzisionsmesstechnik führendes Ilmenauer Technologieunternehmen.
Warum sind noch präzisere und stabilere Längenmessungen überhaupt so entscheidend – und wo kommen solche Systeme im Alltag von Industrie und Forschung zum Einsatz?
Hochpräzise Längenmessungen sind die Grundlage vieler Technologien – von der Halbleiterfertigung über den Maschinenbau bis hin zur Kalibrierung wissenschaftlicher Instrumente. Immer höhere Ansprüche an Messgenauigkeiten und die zunehmende Komplexität der entsprechenden Messysteme erhöhen dabei auch die Anforderungen an die Ausgangsleistung und Stabilität der zugrunde liegenden Laserquellen. Mit den Entwicklungen in MELI wollen wir nicht nur bestehende Laserinterferometer, die auf der bewährten 633 nm-Technologie basieren, genauer und flexibler machen. Wir wollen auch den Weg für zukünftige Messsysteme auf Basis der heute schon sehr ausgereiften, zuverlässigen und zugleich augensicheren 1,5 um-Technologie aus dem Telekommunikationsbereich ebnen. Diese gewinnt durch die fortschreitende Nutzung faserverteilter Messsysteme immer weiter an Bedeutung. Ein Trend, von dem zu erwarten ist, dass er sich in den kommenden Jahren durch neue Entwicklungen bei der direkten Rückführung von Längenmesssystemen auf die SI-Sekunde weiter verstärken wird. So leisten wir einen Beitrag zur nächsten Generation der Präzisionsmesstechnik – und stärken gleichzeitig die technologische Souveränität in diesem Schlüsselbereich.
Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wird durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.
Kontakt
Prof. Thomas Kissinger
Leiter des Fachgebietes Nanofabrikations- und Nanomesstechnik