Femtoseconde frequentiekam

Sinds enkele jaren beschikt VSL over een ‘optische frequentiekam’. De frequentiekam is ontwikkeld om de herleidbaarheid van de meter naar de seconde bij VSL te realiseren. De frequentiekam legt een directe koppeling tussen frequenties in het optische domein en in het radiodomein. In het radiodomein wordt de seconde gerealiseerd met een atoomklok. Lengtemetingen worden vaak via interferometrie met zichtbaar laserlicht uitgevoerd. De gebruikte golflengte van de laser moet dan nauwkeurig bekend zijn. Via de frequentiekam kan de frequentie (en dus de golflengte) van de laser direct tegen de atoomklok worden gemeten en is de koppeling tussen de meter en de seconde een feit. De absolute nauwkeurigheid van de gegenereerde optische frequenties van de frequentiekam zit hiermee op hetzelfde niveau als die van de gebruikte klok (met de VSL-atoomklokken is dit in de orde van 10-13). De frequentiekam is een revolutionaire techniek die zowel binnen de metrologie als bij fundamenteel onderzoek aan universiteiten, tal van toepassingen heeft gevonden. Bijvoorbeeld op het gebied van hoge resolutie spectroscopie, maar ook voor het meten van lange afstanden. Momenteel lopen er bij VSL onderzoeksprojecten op deze twee gebieden, die ondergebracht zijn in een FOM industrial partnership Programme ‘Metrology with Frequency Comb Lasers’ en in samenwerking met Vrije Universiteit Amsterdam en TU Delft worden uitgevoerd.

Lange afstandmeting met fase coherente pulsen
Een frequentiekam heeft de unieke eigenschap dat er een vaste faserelatie bestaat tussen pulsen die na elkaar worden uitgezonden  Dit maakt het mogelijk dat na elkaar uitgezonden pulsen met elkaar kunnen interfereren. De onderlinge afstand tussen de pulsen is zeer nauwkeurig bekend en wordt gestabiliseerd ten opzichte van de atoomklok. In een interferometer zal interferentie tussen verschillende pulsen optreden als het padlengteverschil tussen beide armen van de interferometer een veelvoud is van de afstand tussen de pulsen. Van deze eigenschap wordt gebruikgemaakt om (lange) afstanden te meten. Dit project heeft als doel de frequentiekam toe te passen voor lange afstandmetingen met hoge nauwkeurigheid en te onderzoeken welke nauwkeurigheid met deze methode haalbaar is. Dit project wordt uitgevoerd in samenwerking met de Optica groep van TU Delft en is ook onderdeel van een ‘Joint Research Project’ ‘Long distance measurement in air’ dat in samenwerking met een aantal Europese landen wordt uitgevoerd.

Frequentiekam en fundamentele fysische constanten
Met de frequentiekam kunnen optische overgangen nauwkeuriger en eenvoudiger worden gemeten dan voorheen. Als onderdeel van het researchprogramma is een samenwerking gestart tussen het lasercentrum van de Vrije Universiteit, de groep Atoom- en Laserfysica en VSL op het gebied van hoge resolutiespectroscopie aan ionen in een val. Het project heeft tot doel om een bijdrage te leveren aan het fundamentele wetenschappelijk onderzoek op het gebied van hoge resolutie spectroscopie, als aandeel in het (internationale) onderzoek naar mogelijke variaties van fysische constanten.