Physik Journal 2 / 2019

Chirped pulse amplification was not the topic of your PhD thesis. Why did you work on it anyway?

I was the only person in the group that was working on a high-intensity laser project. I was supposed to measure the ninth harmonic of a YAG laser impinging on a nickel plasma. Therefore, I needed a short laser pulse with sufficient energy but pulse compression did not work.

Why not?

There was a number of reasons – one of them being self-focussing. Because the self-focussing length changes with the power not all of the pulse can focus to the same point in space. Gérard Mourou, my supervisor at the time, came up with the idea of the so-called chirped pulse amplification to overcome the problem. We scrapped what I was working on before and started with the new technique...

 

Mit dem Higgs-Boson wurde 2012 der letzte Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik entdeckt. Zusammen mit der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreibt das Modell nahezu alle Phänomene in der Natur auf mikroskopischer Ebene. Zwar gibt es von theoretischer Seite einige Fragen, beispielsweise was die Werte der Naturkonstanten bestimmt, ob sich alle Kräfte vereinheitlichen lassen und warum das Higgs-Boson leichter ist als vielfach vorher­gesagt. Experimentelle Tests haben das Standardmodell aber immer wieder bestätigt. Tatsächlich gibt es bisher nur ein einziges im Labor nachgewiesenes Phänomen, das ohne Zweifel eine Erweiterung des Standardmodells erfordert: die Neutrinooszillationen. Darunter versteht man, dass sich die Neutrinos verschiedener Generatio­nen – νe, νμ und ντ – ohne äußere Einflüsse in­einander umwandeln können (Infokasten).

Neutrinos sind diejenigen Elementarteilchen, über die wir bisher am wenigsten wissen, vor allem weil sie sich nur sehr schwer nachweisen lassen. Sie tragen weder eine elektrische Ladung noch eine Farbladung der starken Kernkraft. Abgesehen von der Schwerkraft, die für Elementarteilchen vernachlässigbar ist, spüren sie nur die schwache Kernkraft. Diese führt aber wegen ihrer sehr geringen Reichweite von weniger als einem Femtometer nur selten zu einer Wechselwirkung mit normaler Materie. Obwohl pro Sekunde mehr als 60 Milliarden Neutrinos von der Sonne durch jeden Quadratzentimeter unseres Körpers fliegen, reagiert in einem Jahr nur eine Handvoll davon mit unserem Körper. Diese geringe Wechselwirkung ist nicht nur für die Teilchenphysik interessant, sondern auch in der Quantenmechanik: Neutrinos können aufgrund ihrer seltenen Wechselwirkung über astronomische Distanzen kohärente Quantenzustände bilden...

 

 

Die Herausforderung für die optische Messtechnik in der Produktion [1] liegt in der Kombination hoher Messgeschwindigkeit, geringer Messunsicherheit, Toleranz gegenüber widrigen Messbedingungen wie Vibrationen und der geometrischen Komplexität des Messobjekts oder der Messsituation. Diese Forderungen zu kombinieren ist schwierig: Hochgenaue Messungen sind meist störempfindlich, und die Messung komplexer Geometrien erfordert oft viele Einzelmessungen. Für leis­tungsfähige Messsysteme werden die einzelnen Elemente dieser Systeme, allen voran die optischen Komponenten und die Datenauswertung, meist getrennt optimiert, und die Parameter des Messsystems gehen als fixe Größen in die Auswertung ein. In dieser Trennung liegt aber eine entscheidende Begrenzung für die Verbesserung von Messsystemen. Mit unserem Ansatz der Computational Optical Metrology (COMet, Computer-integrierte optische Messtechnik) streben wir einen Paradigmenwechsel an, der auf die konsequente Überwindung der Trennung zwischen Objekt und Messsystem mit allen seinen Komponenten zugunsten einer ganzheitlichen Beschreibung aller am Messprozess beteiligten Komponenten zielt.

Der „Tetraeder der optischen Messtechnik“ charakterisiert Messaufgaben und -systeme (Abb. 1) [2]. Er beschreibt Messgeschwindigkeit und Messunsicherheit sowie die Toleranz gegenüber Störungen und den Einfluss des Messobjekts oder der Messsituation. Für jede Kombination von Anforderungen ergibt sich eine charakteristische Füllung des Tetraeders. Die meisten Messsysteme haben ihre Stärken bei einem oder zwei Eigenschaften, die Herausforderung liegt aber in der Kombination aller Eigenschaften! ...

 

Woher kommt bei Ihnen das Interesse an der Technik?

Als ich elf Jahre alt war, hat mein Vater meinen beiden Brüdern und mir einen Computer geschenkt. Heute ist das nichts Besonderes, aber 1978 war das außergewöhnlich. Ich habe dadurch früh angefangem, selbst zu programmieren. Mit 13 Jahren habe ich für das Elektronikgeschäft meines Vaters eine Lagerverwaltung entwickelt. Die ers­ten Kundenprojekte folgten zwei, drei Jahre später.

Worum ging es dabei?

In den Ferien habe ich in der Firma meines Vaters mitgearbeitet und insbesondere die Softwareprogrammierung übernommen. Für Melitta haben wir damals die erste Kaffeemaschine mit Brühprofil gebaut oder für den Automobilzulieferer Eberspächer eine Standheizung programmiert...