Atominterferometrie
Ein modernes quantenmechanisches Messverfahren
Die Atominterferometrie ist eine der genauesten Messmethoden unserer Zeit und basiert auf den Gesetzen der Quantenmechanik. Demnach bewegen sich Atome unter bestimmten Umständen wie Lichtwellen. Der Wellencharakter der Atome wird genutzt, um sehr genaue Messungen durchzuführen, basierend auf ihren extrem kurzen Wellenlängen und der Interferometrie (Überlagerung von Wellen). Die Atominterferometrie arbeitet mit hochwertigen, sehr stabilen Lasersystemen, mit deren Hilfe Atome abgekühlt werden können. Lasergekühlte Atome bilden die Grundvoraussetzung der Atominterferometrie. Die Abkühlung der Atome resultiert aus deren Abbremsung, erzeugt durch die Wechselwirkung (Impulsübertragung) der Atome mit dem Laserlicht.
Anwendungsgebiete der Atominterferometrie
Hauptanwendungsgebiet der Atominterferometrie ist die Forschung. Weitere Anwendungsgebiete finden sich z.B. die in der Gradiometrie und der Geodäsie. Je nach Zielstellung können verschiedene Typen des Atominterferometers unterschieden werden, z.B. das Freifall-Gravimeter (zur Messung der absoluten Schwerebeschleunigung), das Supraleitgravimeter (zur Registrierung von relativen Schwereänderungen) oder das Federgravimeter (zur Messung zeitlicher Schwereänderungen an einem Ort oder zwischen unterschiedlichen Standorten).
Ein konkretes Anwendungsbeispiel für Atominterferometer ist die Vermessung des Schwerefelds der Erde. In einem Atominterferometer werden atomare Materiewellen durch Lichtpulse (Laserstrahlen) aufgespalten. Die resultierenden Teilwellen legen unterschiedliche Wege zurück und werden durch Umlenkspiegel zur Interferenz gebracht. Die entstehenden komplexen Interferenzmuster enthalten die notwendigen Informationen zur Bestimmung der atomaren Schwerebeschleunigung und damit auf das Schwerefeld der Erde.
Homogene Laserstrahlen als Voraussetzung
Die Voraussetzung für komplizierte atomoptischen Vorgänge sind hochempfindliche und äußerst präzise Instrumente. Eine effektive kohärente Impulsübertragung von Photonen auf freifallende Atome kann nur durch eine konstante Phasengleichförmigkeit der Laserstrahlen realisiert werden. Die Folge von Inhomogenitäten der Laserintensität zeigen sich z.B. in verminderter atomoptischer Effizienz und einer damit einhergehenden Abnahme des Kontrastes. Für hochleistungsfähige Atominterferometer ist es daher von entscheidender Bedeutung, dass die Intensität und die Phase des Laserstrahls sehr homogen und gleichmäßig sind.
Eine Optimierung des Laserstrahls bezüglich Intensitäts- und Phasenhomogenität kann z.B. mit Hilfe asphericons BeamShaping Produkten erzielt werden. Durch die Erzeugung eines Top-Hat-Strahls kann eine nachweislich erhöhte atomoptische Effizienz gegenüber einem Gauß-Strahl realisiert werden. Die Basis für die optimierte Strahlformung bilden unsere qualitativ hochwertigen Asphären, die z.B. in unseren leistungsstarken a|TopShape verbaut sind. Erstklassige Beschichtungen können unsere Linsen in ihrer Leistung und Langlebigkeit ergänzen.
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