John Hall (2008) - The Optical Frequency Comb - a Really Versatile Tool

The Optical Frequency Comb concept and technology exploded in 1999-2000 from the synthesis of advances in independent fields of Laser Stabilization, UltraFast Lasers, and NonLinear Optical Fibers

Hello, sorry for the delay. It's a joy to have a chance to participate in this conference for a number of reasons. Of course the age that some of us have achieved, 65 seems like it's just a small step, the idea of giving advice is a strong one and my children didn't like it, you probably won't like it either but anyway I'll try. In Boulder we have a joy to live in a nice place. Some kinds of hardware, this is a normal place for me in the lab but some other things which come in life and is important and the most important is that you'll never be able to have enough energy to do something by yourself, you really need a team, a home team and also some absolutely superb scientists to help you. I guess there are going to be young ones. Let me point out explicitly Scott Diddams was a principle player and David Jones was a principle player in the co-work that was done in Boulder. Also you don't have to be perfect at everything. One of the ideas which... I'm recommending intellectual noise because if you just focus on what you know about and what you think is there in your future that you need to know, you can never achieve something which is totally magnificent. We came to Colorado, this building was not there, it's turned out ok. In this laboratory a bunch of things have happened. These 3 people from... have actually grown up but nice people, we're glad to know them. And another remark is that it's very important to be nice, I rarely disagree with that point. And especially be nice to people from Scandinavia. Here is some gentleman from Australia, from the book called The Beginners Guide to Winning a Nobel Prize by Peter Doherty. And this is interesting reading, it's not really advice, it's really what happens to you when your life was going along just fine, you were enjoying working in the lab and then everything is interrupted. Now what I think is important is this issue about inspiring the young. And this man is the most underappreciated guy in our field as far as I know, Ali Javan by the power of just thinking said oh we could have collisions in a gas and we could have energy generated, carried from electrons in high excited states that could have collisions that would make other atoms, neon atoms be excited. They could have inversion, they would have gain. He worked for 7 years and it's to the credit of the Bell Labs that they tolerated that. On the other hand their managers had decided at the end of this year, 1960, was the end of this program, so he was lucky that the technical guy said that the right thing to do, to get the alignment of his flat, flat interferometer into the micro radian alignment that's needed is you should bong it with your finger. Instantly it came, the photon multiplier said too many photons. So it was the first demonstration of optical lasing and when he gave a lecture in Chicago, I was a little boy sitting up in the top place and he played the beat note between 2 lasers. You think about this, it's 3 times 10 to the 14th hertz, that's a lot of cycles in one second. But you could hear this as an audio beat, just (whistling) I thought oh man that sounds like coherence written in big letters, I'd like to play in that game. So that's the CW laser side, this is the little road map, this isn't the right occasion to discuss how many cool things have happened out of this but some nice things, that optical beats happen almost immediately. After huge effort the frequency of the laser was measured, the length definition for MKS standards was redefined. Finally we got into stable lasers. The pulse lasers on the other hand were impressive, you could get second harmonic generation, you could burn a hole in a razor blade, you could make air sparks. You could make kilojoules lasers which were quite impressive. And then in the '90's or something, something happened, these guys didn't like one flash in a minute or an hour, they started wanting a hundred million pulses in a second. So femtosecond mode lasers came on and then it was possible to build tera-watt lasers just on the laboratory top. And then in 1999 these 2 worlds merged. And this boundary between the pulses and the CW's became transparent or at least easily. And I'd like to tell you a little bit about the space that's opened up by this. So one of the ideas early on would be that you would set up some 3 satellites in space and when gravitational waves came by they'd move the position of this a little or if you'd like a different way of thinking it would change the metric and one would find that the waves took a little bit different phase to reach there. This program is now under strong consideration in ISA and NASA. You need tools and here is a picture of some tool building guys Leo Holberg and Ron Drever as well as an early version of myself. It's 2 a.m. and we've just gotten this nice phase modulation stabiliser to work for the first time. So on this tool kick, I think it's really the most important way to make progress, if you travel overseas it used to be that this was good to take, you go to countries, civilised country like this one was going to have wine bottle openers but sometimes you know you need it. Another kind of tool which these laser guys would need is a gear box, this was, this kind of picture is coming from Ted Haensch's imagination where you have microwaves on one side and you have invisible optics and there is something which has the character of gears that connect these, it isn't that you read where is the centre of a blurrish spectrum and assign a lot of digits to that. It's rather that there is no possibility for a slip when you get this gear turning, this gear must turn. So this is what I think is really an exciting tool and I'll just show you 3 examples at the end which are quite beyond what I had imagined for and what was the motivation for the whole national program in the United States that led to this. So the national program that led to it was that we had, with all other national labs, lots and lots of stabilised lasers, methane or acetylene or mercury or whatsoever. And the thing is that they spread out over lots of frequencies from 88 THz at 3 microns up to visible for the hydrogen transition that's a favourite in Munich and other places. But it was hard to measure these and how everyone would deal with those high frequencies. Now there was some stuff that came in under the radar and a familiar name Dale Hench was one of the pioneers in this and others V. Chebotarev and this was quantified and made into a nice paper by the Munich group in '99. Of course good ideas are going to be born in lots of places and so even in Boulder we were thinking about this idea of measuring spectral delta functions with temporal delta functions. It seems like it doesn't compute but you need to think about it, it's not a temporal delta function, it's a train of temporal delta functions. So of course there'll be interference between all of these because if you ask about the spectrum you need a long time to build up all of the histories that are going to be there and then there'll be interference from the first to the last pulse. The time bandwidth of an instrument that can give high frequency resolution, the time bandwidth is clearly not as much as the repetition rate or the resolution one. So this almost instantly was understood as an important idea, I did say some slightly negative things to Ted when he first told me about his idea for this comb but what has happened in 1999 was we had Ultra Sensitive Spectroscopy, we had Ultra Stable Lasers, we have Ultra Fast Lasers and the new thing was this Ultra Nonlinear Fibre. And what you get out of that is a combination of these tools from 2 different things, simply a new alliance for physics and metrology. I take this opportunity also to point out the collaboration of these colleagues Ranka and Windeler from Bell Labs. I don't need to know exactly how it happened but an envelope came to our lab in which a piece of this magic fibre was there. So I had told Ted that I thought this was a goofy comb idea because he said I'm going to have a pulse laser which continues pulse after pulse and it makes pulses which are so narrow in time that it has a huge spectral bandwidth. But we didn't have that so that sounds just goofy to me. It's talking about angels on a pin head. But 10 years later we did have those lasers and so then it was absolutely right down the track. And as I say this high nonlinearity was the key new thing. And as strong competition, strong collaboration between Munich and Boulder, there was a merger made of these 4 technologies and it makes basically a revolution of what's possible. We demonstrated it as a single step radio to optics connection. The papers from MPQ came out in the beginning of April, we came out in the middle of April, that's close enough. By one year later there was 20 papers, so this was something which is really ready to happen, would have happened if other people happen to have been going on this highway as well and it was recognised by the prize. How it's possible is to have something that's the diameter of a human hair and it has holes in it and importantly it has a solid central core which is shown in an expanded view here. So this was really little tubes and a rod and it was stacked up and then this fibre comb, sort of an optical fibre shell, was put around it. And then it's drawn down and you start with 20 centimetres and you come back with 20 kilometres after this is fed through an optical drawing tower. And what happened in 1999 was that these Bell Labs people put red light into it. And in this special crystal fibre, photonic crystal fibre, you could see the colour is evolving all the way into the UV. So if you think about the fact that this pulse is throbbing, this is bright and dark, hundred million times a second, you know from the interference that this whole thing has interference, you pick whatever range of colours you want, that will be organised like a comb, just as I first showed you. This isn't maybe the easiest place to describe in detail, we can talk about it this afternoon or you could look into some references. What's important to carry away is that when you take ideas from different places and you're super, super lucky, they glue together just right, it's like the pieces had the little hooks and this starts a whole new world. To make this good guy, bad guy system work there's 2 beautiful guys, Thomas Udem from Garching and Scott Diddams, these guys crossed the Atlantic a lot of times during this and the idea is exactly to not have a collision and bad feelings about it, ended up Thomas would come and we would tell everything that we were doing, he would be a co-author on our stuff. Scott would go to Munich and exchange, it worked extremely well. So it's positive interference that made great fun. Just some time later we were talking research in a place in Munich. If you want to read about this from the point of view of where perhaps your father could understand, Steve Cundiff, Jun Ye and I had a shot at this little paper. They maybe hyped it a little bit, a revolutionary kind of laser light called an optical frequency comb makes possible a more precise type of atomic clock and many other applications. So what I'm talking about is other applications today. But this frequency comb, the colours really come out, you really need to think across the visible spectrum that every once in a while, every 100 MHz or every GHz or however you've done it technically, you have a new line and that these are all phase coherent in a fantastically good way. So this paper, walking man's paper appeared in Scientific America in April. And the more technical paper that had authors from all the contributing laboratories was in May of 2000. Let me talk about this from another point of view, perhaps some of you have been to the garage with your father before going on a trip and the issue is to get the tyres balanced. When a tyre is turning slowly there's no dynamic vibration. On the other hand we're going on a trip and if we've got a long way to go we're going to need more speed and this tyre will begin to bounce. So when it's turning so fast its completely bouncing but I can't see where to put in a balancing weight. So the magic idea for that is to have a flash and I'm sorry you can't see the red which guides your eye to being able to see that the phase is a slowly evolving variable because the stroboscope is really giving you a sample of this at some high ratio. Now in the car it would drive 100 and something kilometres by hour and then you have to think about how many metres one tyre revolution is, so this is spinning 10 times in a second or something. Now what I'm talking about is a wave which is an optical frequency wave and it's spinning it through its 2 pi at a really high rate, like 5 times 10 to the 14th and we're sampling it with a stroboscope at 10 to the 8th, so there's a few million waves that are not going to be sampled. So it's a sparse sampling system. This could be the vertical height of that valve tip so you can see how it is on the tyre or this could be an image of the optical electric field cycling along. And these sampling points then which you know I think I've printed in red, are going to show after a few, here's this basic clock and we wait a few moments, the clock strikes again and a new sample is taken. And so this sparse data frame has all the information that this does because we effectively know what the integer is. And if we talk about how the information grows in time, it grows as N to the 3/2. For metrology people this is profoundly important and lets one get into digits that are 10 to the minus 17 or something, I'll come to that in just a second. If you want to talk about this from a microscopic view lets magnify this hugely, so here is this, every 2 femtoseconds you get a new pulse. So that's 5 times 10 to the 14th Hz. And if we have this stroboscope running at not femtoseconds but nanoseconds, ok then there's a half a million as the magnification and this impulse function then samples a few wiggles out of this wave and you can see it. And if we get a stable phase it even has the same shape, the 2 times. And if something is not in good order then the phase of this one could drift a little bit and in such case we get a frequency which is not strictly a harmonic of 5 times 10 to the 5 times the repetition rate here. But just a little higher because we've got another part of a wave. So you can see how to use this tool for frequency measuring. So the bottom line about this Fourier discussion is that if you have a single pulse and it's narrow in time, it makes a broad frequency spectrum, if you have repetitive pulses in time, that makes repetitive markers in frequency space. The width of one comb line is just like it always was, it depends on how long did you measure, that's the uncertainty principle. If you have combs in frequency space, you of course can synthesise combs in time, in pulses and now the width of an individual pulse in time depends on how much frequency you combined. So it's interesting to play with this, I have some illustrations but I don't have the time. A zillion applications, I'm going to just pick 3 to try to focus on, call your attention to the fact that this is a rapidly evolving system, this slide I used 2 months ago and there's already a paper out, we're just talking about 17 digits for the measurement precision. So what does it enable, well one of the things is you can have a comb in the National Institute of Standards in Technology which is 1 kilometre by foot and 3.5 kilometres by fibre under the ground. And you can have comb in JILA, referenced on to some stable cavity in each place. And the question is how stable are these cavities and the next question is what's the frequency between them. So interest to these guys was the mercury transition, interest to us is the strontium transition, completely different colours but the comb expands over the whole range so you can actually measure them together and you can find that both teams are doing a good job because the beat is less than a Hz wide. So that is really an exciting prospect. It means you can transfer the frequencies, we can generate it and we can transfer frequency stability. So it does need a certain amount of technology and these little padlocks are indication of some place where me or somebody else has had great joy figuring out an electronics puzzle. You have to lock on to the atoms, you've got to lock on to the cavities, you've got to lock the comb so it tracks with this. Then you've got to pick a transfer oscillator, neodymium oscillator perhaps. And one of the tricks is to send the light to the far end and to send it back and you can make a detection locally that tells you how much phase there is, phase noise because you went 2 directions in this fibre. And then you can divide that phase noise by 2 and introduce it as a correction at the beginning so that it means that in this lab and a kilometre away, the optical phase is more than a mili radian. And then you can compare that against a calcium or some other system. So this distribution, who is interested in distributing these signals, well one group that's interested are people that try to build big accelerators and there's some people that are not so completely far away from here, that have huge accelerators and the next generation of that surely is going to need synchronising. There's people building coherent radio telescope in Chile with shorter wavelengths and longer dimensions, they need synchronising, I'm impressed at how aggressive they were to pick up this comb. Our papers had only been out a few months before they showed up in the office. We can synchronise clocks of course. The present state of affairs is, if you talk about a 30 kilometres transfer in one second, you can discuss 10 to the minus 17 for the frequency measurement. You can transfer MHz, optical line width and a 10th to the femtosecond as the jitter. This is a time domain transfer system. Now for me what's interesting is measuring the frequency of optical frequency standards because, well that's what I started out to do but also there might be something cool about that. So here is the most narrow coherent optical line that's been seen, Marty Boyd was the guy that was doing the work, the leader of this program is Jun Ye because I only come to the lab 2 days a week. This is 1.8 Hz wide and the centre frequency is roughly 500 times 10 to the 12th so it's a Q which is something in the 14s, If you try to lock a laser on that and measure the frequency against, what does frequency mean, it means the inverse of time and time is 1 second and time is 9192631700 cycles of a caesium hyperfine transition. And that is the limit of what we can do, the uncertainty of that beautiful definition from 1960, it's lasted a long time but it's not going to last another 5 or 10 years. What will happen now is the same as happened in the wavelength standard that I had some fun with. Lots of labs had their suggestions and we in the end compromised on defining the speed of light as the, I don't know how this will turn out, it looks to me like one transition has to be chosen as the standard of frequency or time. And strontium is not a completely bad one. If you increase the number of measurements it shows that even at the 10 minus 15 you're still in the white noise region, it's just signal noise limited. Here's an old distribution histogram, here are the absolute frequency measurements, this is Hz, 20 or 30 Hz across the bottom and it shows a measurement made in France, against their standard, a measurement made in Tokyo and a measurement made in Boulder. That's the work of Jun Ye, here's the work of the National Bureau of Standards people over these years. Here's what the optics gang has been doing, marching ahead and down, this is uncertainty and here's the years. And now what's on this graph is a single mercury ion and 10,000 strontium atoms and we're a little ahead of where this caesium is and that effectively is the end of caesium as the primary standard except that's all we have. So now if you want to make frequency measurements more precisely you have to make ratios. And that's quite interesting. Suppose that you had an aluminium atom and an ion, so these things are both in the laboratory of Jim Burquest and Boulder has locked the system on a cavity like this one, on a cavity, that's for the short term. And for the long term you lock on these atomic transitions. Why do you want to do that, well the answer is it's fun to see if frequency ratios are constant because we don't know how to calculate them. One of the things that enters in that is Rydberg constant, another thing that enters is this magic fine structure constant, 137.0359991, plus or minus 1 or 2 in this last place. So here is a measurement of the possible change in the magnetic moment of caesium in each year, 10 to the minus 15 is the scale. Here's a picture that shows the change in the fine structure constant per year, 10 to the minus 15. Terbium ions against caesium make this broad swath...(looks like I'm running out of batteries)... this one is the mercury versus caesium and this one is the strontium. So its metrology in the 17th decimal. So while we have been just having fun for a few years, this has moved from 12 digits to 15 to 17. Why do you want to do this, we've got a lot of puzzles in physics, we don't have a clue about why kaons have different lifetimes, although there is a very distinguished colleague in our group that has a theory of how you can make that happen. We don't know what dark matter is about, we don't know what dark energy is about, we assume local Lorentz invariance in spite of the fact if you look at it, it's absolutely not homogenous. And we've never found a case in physics where the gross part is somehow hidden. And then this whole business, we don't know whether the numbers that we have in physics, maybe they depend on the time since the big bang, so here is my little suggestion, you should go to the tool store and get the best kind of electro optic tools and you can have a resolution that improves with N to the 3/2. So with these comb tools then you can make speedy and accurate measurements and 15 digits, but I told you it's already more than that. So this is something like a new highway, like this one that was just built by my house, that we only know 1 or 2 exits on this but it's really exciting. Let me show you one last thing which I think is going to affect all of our lives. This is the fact that there's multiplex spectroscopy because that comb as multiple, multiple lines in it. Now a cavity can deal with multiple lines also, if you pick mirrors that have the same phase shift on the end, this comb has a frequency spectrum, the cavity has a comb like frequency spectrum. They can just match up. Suppose you put molecules in side here, then they have their own characteristic absorption. If you had a way to look at all of this multiplex spectra you would expect to see molecular spectres showing up. So what I'm talking about is a high grade graduate student called Mike Thorpe who has built this little box, it's got a mode locked fibre. Its time matched to the length of a cavity that has pretty high finesse mirrors. He flows gas through here slowly, the gas is coming out of him or some other volunteer. Capture a little in the bag, pump it through the pump and in one direction you disperse it by interferometry, in an etalon, the other way you disperse it with a grating. So all this multi million CCD's of infrared camera have little dots on them that are brighter or dimmer depending on how much absorption happened. And with a little bit of effort you can figure out what the actual spectrum is. And this optics express paper has brought a lot of these venture capital people around because they see this as a $50,000 box that could be in a doctor's office. Here is just a little bit of spectra that has been developed, 1.62 to 1.636, this spectra can really go over factor 2. The blue is subject A, I don't know who it was that was the sample here but he's got good strong lines in it, that looks fine and he's got carbon 12 CO2's and again that colouration is a valuable clue here. The take home message is he emits a lot of isotope carbon and isotope oxygen compared with what we know to be the air that was inhaled. So we are doing isotope selective stuff in our metabolism. And this is going to be fun to figure out. The medical centre people in Colorado University have showed up so there'll be some collaboration. That's another principle for having a great time doing research is to work with people that are in a business that you don't know about. So this is a multi diagnostics. You can imagine coming in to the doctor's office, blow in this thing, you can see carbon monoxide in a breath of a healthy student, not in every student, only one and what's special about him is that he's stopped smoking already 2 years ago, still emits CO. NO is a marker for inflammatory activities. Acetone as probably most people here know shows up in diabetics in the breath. Ammonia is long time pre-clinical indicator for renal problem. And Ethane is emitted in some cancers. So this is a great thing, the only thing is I don't know how you make money from this because there's no ink cartridge to keep people coming back. So we could talk about maybe in the discussion later on what other people think the principles are. I would say the most important thing is that good people are the key resource and being nice and to get entering into collaborations is a good thing. Everybody comes down on this be lucky, working hard is a good thing and the other part that I would insist on is that you just don't want to go through this whole game and get to the end and say is that all? So in different context there are a lot of things which would be interesting to discuss, how nations ought to fund things and what the equity issues are. So thanks for listening, more information is...

Guten Tag, und entschuldigen Sie bitte die Verspätung. Aus vielerlei Gründen freue ich mich sehr darüber, an dieser Konferenz teilnehmen zu können. Einige von uns haben bereits ein gewisses Alter erreicht, die Zeit vergeht schnell, und plötzlich ist man 65. Die Versuchung, anderen Menschen Ratschläge zu erteilen, ist groß – meinen Kindern hat das nicht gefallen, Ihnen wird es wahrscheinlich auch nicht gefallen, aber ich versuche es trotzdem. Boulder ist ein wunderbarer Ort zum Leben. Wir haben einiges an Hardware, das ist mein gewöhnlicher Platz im Labor, doch es gibt noch andere Dinge im Leben, die wichtig sind. Das Wichtigste ist – man hat nie genug Energie, etwas ganz allein zu machen, man braucht ein Team, eine Heimmannschaft, und außerdem ein paar absolut hervorragende Wissenschaftler als Hilfe. Dabei sollte es sich um junge Wissenschaftler handeln… ausdrücklich hervorheben möchte ich Scott Diddams und David Jones, die bei dem Gemeinschaftswerk in Boulder Hauptrollen spielten. Außerdem muss man nicht in allen Dingen perfekt sein… Ich empfehle so etwas wie ein intellektuelles Grundrauschen, denn wenn man sich nur auf das konzentriert, was man über seine Zukunft weiß und glaubt wissen zu müssen, kann man niemals etwas absolut Großartiges erreichen. Als wir nach Colorado kamen, gab es dieses Gebäude noch nicht, dann war alles in Ordnung. In diesen Laboren geschah eine ganze Menge. Diese drei sind mittlerweile erwachsen; sehr nette Menschen, und wir sind froh, dass wir sie kennen. Und noch etwas: Es ist sehr wichtig, freundlich zu sein; das gilt in den allermeisten Fällen. Seien Sie insbesondere nett zu Skandinaviern. Hier ist ein Herr aus Australien, aus dem Buch „So gewinnt man den Nobelpreis“ von Peter Doherty. Das ist ein sehr interessantes Buch. Es ist nicht wirklich ein Ratschlag; vielmehr geht es darum, was mit einem geschieht, wenn das Leben in Ordnung ist, man genießt die Arbeit im Labor, und dann wird alles unterbrochen. Ich halte es für wichtig, die Jugend zu inspirieren. Und dieser Herr ist, soweit ich weiß, die am stärksten unterschätzte Person auf unserem Gebiet. Ali Javan kam allein durch die Kraft seiner Gedanken darauf, dass es in einem Gas Kollisionen geben könnte, dass man Energie erzeugen könnte, transportiert von Elektronen in hoch angeregtem Zustand, die mit anderen Atomen kollidieren könnten, was andere Atome – Neonatome – anregen würde. Sie könnten sich umkehren, sie könnten sich verstärken. Er arbeitete daran sieben Jahre, und es ist den Bell Labs hoch anzurechnen, dass sie das tolerierten. Andererseits hatten deren Manager am Ende des Jahres 1960 beschlossen, dass dieses Jahr das Ende des Programms markierte. Er hatte also Glück, dass der Techniker sagte, um dieses flache Interferometer an den Mikrowellen auszurichten, müsse man es mit dem Finger anstoßen. Schon hatte man den Photovervielfacher, und es hieß: Zu viele Fotos! Das war die erste Demonstration von optischen Lasern. Als er einen Vortrag in Chicago hielt, saß ich als kleiner Junge ganz oben, und er spielte den Pulston zwischen zwei Lasern. Man muss sich das vorstellen – das sind 3 mal 10^14 Hertz, eine Menge Zyklen in einer Sekunde. Aber man konnte das als Ton hören (pfeift), und ich dachte mir: Oh Mann, das klingt wie Kohärenz in Großbuchstaben; bei dem Spiel möchte ich auch mitmachen. Das ist die Seite mit dem cw-Laser, das ist der Fahrplan – jetzt ist nicht der richtige Augenblick, um zu erörtern, wie viele tolle Sachen daraus entstanden sind, aber ein paar großartige Sachen, diese optischen Pulse, ereignen sich fast unmittelbar. Nach enormen Anstrengungen wurde die Frequenz des Lasers gemessen, die Längendefinition für MKS-Standards wurde neu definiert. Schließlich waren wir bei stabilen Lasern angelangt. Die Pulslaser waren andererseits sehr eindrucksvoll; sie machten Frequenzverdoppelung möglich, man konnte ein Loch in ein Rasiermesser brennen, man konnte Luftfunken erzeugen. Man konnte Kilojoule-Laser herstellen, die auch sehr beeindruckend waren. Und dann, etwa in den Neunzigern, geschah etwas: Diese Herrschaften wollten nicht einen Lichtblitz pro Minute oder Stunde, sie wollten Hundert Millionen Impulse in einer Sekunde So entstanden Femtosekunden-Laser, und danach war es möglich, Terawatt-Laser einfach im Labor herzustellen. Und dann, im Jahr 1999, verschmolzen diese beiden Welten. Die Grenze zwischen den Impulsen und den cw (continuous waves, kontinuierliche Wellen) wurde durchlässig oder zumindest leicht zu überschreiten. Ich möchte Ihnen etwas über den großen Raum erzählen, der sich dadurch eröffnet hat. Eine der ersten Ideen bestand darin, drei Satelliten ins All zu schießen. Eintreffende Gravitationswellen würden deren Position ein wenig verschieben oder anders ausgedrückt, sie würden die Metrik verändern und man würde feststellen, dass die Wellen auf ihrem Weg dorthin eine geringfügig andere Phase angenommen hätten. Dieses Programm wird mittlerweile von der ISA und der NASA stark in Betracht gezogen. Man benötigt Instrumente – hier ist ein Bild der Instrumentenhersteller Leo Holberg und Ron Drever sowie eine frühe Version von mir selbst. Es ist zwei Uhr nachts, und wir haben gerade diesen schönen Phasenmodulations-Stabilisator zum ersten Mal zum Laufen gebracht. Ich glaube, mit diesen Instrumenten macht man die besten Fortschritte, wenn man ins Ausland geht. Früher war das einfach zu bewerkstelligen. Man besucht fremde Länder, zivilisierte Länder wie dieses, in denen es Korkenzieher gibt... manchmal braucht man die. Ein anderes Instrument, das diese Laser-Typen brauchen, ist ein Getriebe. Dieses Bild entspringt der Einbildungskraft von Ted Hänsch; man hat Mikrowellen auf einer Seite und unsichtbare Optiken auf der anderen, und etwas, das den Charakters eines Getriebes hat, verbindet diese beiden. Es ist nicht so, dass man ausliest, wo sich das Zentrum eines verschwommenen Spektrums befindet und ihm eine Menge Zahlen zuteilt; es ist eher so, dass es keine Möglichkeit für einen Fehler gibt, wenn man dieses Getriebe zum Drehen bringt. Das Getriebe muss sich drehen. In meinen Augen ist das wirklich ein tolles Instrument. Am Ende zeige ich Ihnen drei Beispiele, die weit über das hinausgehen, was ich mir vorstellen konnte; das war die Motivation für das ganze Programm in den Vereinigten Staaten, das dazu geführt hat. Das nationale Programm, das dazu geführt hat, sah folgendermaßen aus: Gemeinsam mit allen anderen nationalen Laboren hatten wir Unmengen von stabilisierten Lasern – Methan, Azetylen, Quecksilber, was auch immer. Sie breiteten sich über viele Frequenzen aus, von 88 THz bei 3 Mikron bis in den sichtbaren Bereich für den Wasserstoffübergang, was in München und anderenorts besonders beliebt war. Doch es war schwer, diese hohen Frequenzen zu messen und festzustellen, wie alle mit ihnen umgingen. Dann gab es etwas, das zunächst fast unbemerkt blieb. Ein vertrauter Name, Theo Hänsch, war neben anderen, etwa Wenjamin Tschebotajew, ein Pionier auf diesem Gebiet. Es wurde quantifiziert und von der Münchner Gruppe im Jahr 1999 zu einem hervorragenden Artikel ausgearbeitet. Gute Ideen werden natürlich an vielen Orten geboren, sogar in Boulder dachten wir über die Idee nach, spektrale Deltafunktionen mit temporalen Deltafunktionen zu messen. Das lässt sich scheinbar nicht errechnen, doch wenn man darüber nachdenkt, kommt man darauf, dass es sich nicht um eine temporale Deltafunktion handelt, sondern um eine ganze Reihe temporaler Deltafunktionen. Natürlich gibt es zwischen all diesen Funktionen Interferenzen, denn wenn man Fragen zum Spektrum stellt, braucht man viel Zeit zur Erstellung aller Historien, die es geben wird, und dann treten Interferenzen vom ersten bis zum letzten Impuls auf. Die zeitliche Bandbreite eines Instruments, das hochfrequent auflösen kann, ist klarerweise nicht so groß wie die Wiederholungs- oder Auflösungsrate. Das Ganze wurde fast augenblicklich als bedeutende Idee erkannt. Ich äußerte mich Ted gegenüber etwas negativ, als er mir zum ersten Mal von seiner Idee für diesen Kamm erzählte, doch was geschah im Jahr 1999? Wir hatten ultrasensitive Spektroskopie, wir hatten ultrastabile Laser, wir haben ultraschnelle Laser, und die Neuigkeit war diese ultra-nichtlineare Faser. Daraus erhält man eine Kombination dieser drei Instrumente aus zwei verschiedenen Bereichen – eine neue Allianz für Physik und Messtechnik. Bei dieser Gelegenheit möchte ich auch die Zusammenarbeit der Kollegen Ranka und Windeler von den Bell Labs hervorheben. Ich muss nicht genau wissen, wie es passierte, doch eines Tages traf in unserem Labor ein Umschlag ein, in dem sich ein Teil dieser magischen Faser befand. Ich hatte zu Ted gesagt, dass ich diese Kamm-Idee für verrückt halte – er hatte gesagt, er werde einen Pulslaser haben, der kontinuierlich einen Puls nach dem anderen emittiert und Pulse erzeugt, die zeitlich so eng zusammenliegen, dass er eine gewaltige spektrale Bandbreite aufweist. Das kannten wir nicht, deshalb klang es für mich einfach verrückt. Es kam mir vor, als würde man von Engeln auf einer Nadelspitze reden. Doch zehn Jahre später hatten wir diese Laser tatsächlich; er lag also von Anfang an völlig richtig. Wie ich schon sagte, war diese hohe Nichtlinearität die entscheidende Neuheit. Im Rahmen eines scharfen Wettbewerbs... einer intensiven Zusammenarbeit zwischen München und Boulder wurden diese vier Technologien zusammengeführt, und daraus ergibt sich im Wesentlichen eine Revolution dessen, was möglich ist. Wir demonstrierten das als einstufige Verbindung von Strahlen und Optik. Die Artikel von MPQ erschienen Anfang April, unsere erschienen Mitte April, das ist ziemlich knapp. Ein Jahr später gab es 20 Veröffentlichungen. Das war also etwas, dessen Zeit gekommen war, es wäre auch dann passiert, wenn Andere auf den Zug aufgesprungen wären. Der Nobelpreis war die Anerkennung dafür. Wie ist es möglich, dass es etwas gibt, das den Durchmesser eines menschlichen Haares hat, das Löcher aufweist und das, was besonders wichtig ist, einen stabilen Kern hat, den Sie hier als Vergrößerung sehen? Das waren wirklich kleine Röhrchen und ein Stab übereinandergestapelt, und dann wurde dieser Faserkamm, eine Art Glasfaserhülle, herumgelegt. Schließlich wurde das Ganze auseinandergezogen – man beginnt mit 20 Zentimetern und landet bei 20 Kilometern, nachdem man es durch einen Faserziehturm gezogen hat. Im Jahr 1999 brachten dann die Leute von den Bell Labs rotes Licht hinein. In dieser speziellen photonischen Kristallfaser konnte man sehen, wie sich die Farbe bis in den UV-Bereich entwickelte. Wenn man die Tatsache berücksichtigt, dass dieser Puls klopft, hell und dunkel, Hundertmillionen Mal in der Sekunde, dann weiß man von der Interferenz – hierbei treten Interferenzen auf, bei jeder Farbe, die man sich aussucht –, dass es wie ein Kamm aufgebaut ist, genauso, wie ich es Ihnen anfangs gezeigt habe. Hier ist vielleicht nicht der geeignete Ort, alle Einzelheiten darzustellen; wir können heute Nachmittag darüber sprechen, oder Sie schlagen ein paar Literaturhinweise nach. Was Sie mitnehmen sollten, ist dies: Wenn man Ideen aus verschiedenen Orten zusammenbringt und wahnsinnig viel Glück hat, dann passen Sie genau zusammen. Es ist, als hätten die Einzelteile kleine Haken, und eine ganz neue Ära bricht an. Um im Gut-Böse-Schema zu bleiben: Hier sind zwei ausgesprochen gute Jungs, Thomas Udem aus Garching und Scott Diddams. Diese beiden überquerten während viele Male den Atlantik. Dahinter stand die Idee, dass es nicht zu Kollisionen und Animositäten kommen sollte. Thomas kam zu uns, wir setzten ihn über alles, was wir taten, in Kenntnis, und er wurde Mitautor unserer Arbeit. Scott ging nach München und tauschte sich dort aus; es funktionierte außerordentlich gut. Das waren positive Interferenzen, die viel Spaß machten. Einige Zeit später führten wir an einem Ort in München Forschungsgespräche. Wenn Sie darüber etwas aus einem Blickwinkel lesen wollen, den vielleicht Ihr Vater verstehen könnte... Steve Cundiff, Jun Ye und ich, wir versuchten uns an diesem kurzen Artikel. Das Ganze wurde vielleicht ein bisschen aufgebauscht – eine revolutionäre Art von Laserlicht namens optischer Frequenzkamm ermöglicht eine noch genauere Atomuhr und viele andere Anwendungen. Worüber ich heute spreche, das sind die anderen Anwendungen. Aber bei diesem Frequenzkamm kommen die Farben wirklich heraus, man muss daran denken, dass man im ganzen sichtbaren Spektrum nach gewisser Zeit – alle 100 MHz oder bei jedem GHz, je nachdem, wie man es technisch gemacht hat – eine neue Linie hat und dass sie alle auf fantastische Weise phasenkohärent sind. Der Artikel erschien also im April im Scientific American. Der stärker technisch geprägte Artikel mit Autoren aus allen mitarbeitenden Laboren erschien im Mai 2000. Lassen Sie mich darüber aus einem anderen Blickwinkel sprechen. Vielleicht musste jemand von Ihnen schon einmal auf Reisen in einer Werkstatt die Reifen auswuchten lassen. Wenn sich ein Reifen langsam dreht, gibt es keine dynamische Vibration. Wir sind aber auf Reisen – wenn wir einen langen Weg vor uns haben, müssen wir schneller fahren, und der Reifen beginnt zu springen. Wenn er sich so schnell dreht, ist er vollständig am Springen, doch ich weiß nicht, wo ich ein Auswuchtgewicht anbringen kann. Die magische Lösung dafür ist ein Blitz – es tut mir leid, dass Sie das Rot nicht sehen können. Es soll Ihr Auge lenken, damit es in der Lage ist zu sehen, dass die Phase eine sich langsam entwickelnde Variable ist, denn das Stroboskop verschafft Ihnen wirklich ein Muster davon bei hohem Tempo. Das Auto fährt über 100 Kilometer in der Stunde, und Sie überlegen sich, wie viele Meter der Reifen bei einer Umdrehung zurücklegt, wenn er sich etwa zehnmal in einer Sekunde dreht. Ich spreche über eine Welle, bei der es sich um eine optische Frequenzwelle handelt. Sie dreht sich bei richtig hohem Tempo durch ihre 2 Pi, etwa 5 mal 10^14. Wir tasten sie mit einem Stroboskop bei 10^8 ab; es gibt demnach ein paar Millionen Wellen, die nicht abgetastet werden. Das ist also ein dürftiges Abtastsystem. Das könnte die vertikale Höhe der Ventilspitze sein; Sie können Sie am Reifen sehen. Es könnte auch ein Bild des vorbeifahrenden optoelektrischen Feldes sein. Und diese Abtastpunkte, von denen Sie wissen, dass ich meine, sie rot dargestellt zu haben, zeigen nach wenigen... hier ist die maßgebliche Uhr, wir warten ein paar Momente, die Uhr schlägt wieder und eine neue Probe wird genommen.. dieser spärliche Datenrahmen verfügt also über alle Informationen, die es gibt, da wir wissen, wie die Ganzzahl lautet. Wenn Sie wissen wollen, wie die Information im Lauf der Zeit zunimmt – sie nimmt um n^3/2 zu. Für Messtechniker ist das hochgradig wichtig. Bringen wir eins in Bereiche von 10^-17 oder so; darauf werde ich gleich zurückkommen. Wenn Sie das von einem mikroskopischen Blickwinkel aus erörtern wollen, müssen wir es stark vergrößern. Hier haben wir es; alle zwei Femtosekunden erhält man einen neuen Puls. Das sind also 5 mal 10^14 Hz. Und wenn wir dieses Stroboskop nicht in Femtosekunden, sondern in Nanosekunden laufen lassen, dann haben wir eine halbe Million, denn die Vergrößerung und diese Impulsfunktion tasten dann ein paar Wackler aus dieser Welle ab, und man kann es sehen. Wenn wir in eine stabile Phase kommen, dann hat die Verdoppelung sogar die gleiche Form. Und wenn etwas nicht in Ordnung ist, könnte diese Phase ein wenig abweichen – in diesem Fall erhalten wir eine Frequenz, bei der es sich nicht genau um eine harmonische Schwingung von 5 mal 10^5-mal der Wiederholungsrate handelt, sondern ein bisschen höher, denn wir haben einen anderen Wellenteil. Sie sehen also, wie man dieses Instrument zur Frequenzmessung verwenden kann. Das Fazit dieser Fourier-Analyse lautet also: Wenn man einen Einzelpuls in einem engen Zeitraum hat, erzeugt er ein breites Frequenzspektrum. Hat man repetitive Pulse, erzeugt das im Frequenzraum repetitive Markierungen. Die Breite einer Kammlinie hängt, so wie es immer war, davon ab, wie lange man gemessen hat – das ist die Unschärferelation. Wenn man Kämme im Frequenzraum hat, kann man natürlich die Kämme in der Zeit synthetisieren, in Pulsen; nun hängt die Breite eines einzelnen Pulses in Zeit davon ab, wie viel Frequenz man kombiniert hat. Es ist also interessant, damit zu spielen; ich habe ein paar Illustrationen, aber keine Zeit dafür. Es gibt unzählige Anwendungen! Ich greife nur drei heraus, um Ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache zu lenken, dass das ein sich rasch entwickelndes System ist. Diese Folie habe ich vor zwei Monaten verwendet – mittlerweile ist ein Artikel erschienen, der von nur 17 Ziffern für die Messpräzision spricht. Welche Möglichkeiten gibt es also? Nun, da gibt es zum Beispiel einen Frequenzkamm im National Institute of Standards in Technology, der sich nach Wegstrecke einen Kilometer, nach Faserlänge 3,5 Kilometer unter der Erde erstreckt. Und es gibt einen Frequenzkamm im JILA, der für einen stabilen Hohlraum an jeder Stelle bekannt ist. Die Frage ist: Wie stabil sind diese Hohlräume? Daran schließt sich die nächste Frage an: Welche Frequenz besteht zwischen ihnen? Für diese Leute war der Quecksilberübergang interessant; wir interessieren uns für den Strontiumübergang – vollkommen andere Farben, doch der Kamm erstreckt sich über die gesamte Bandbreite, weshalb man sie zusammen messen kann. Und wir stellen fest, dass beide Teams gute Arbeit geleistet haben, denn der Pulston ist weniger als ein Hz breit. Das sind wirklich aufregende Aussichten – es bedeutet, wir können ihn erzeugen und die Frequenzstabilität übertragen. Man braucht dafür eine gewisses Maß an Technik, und diese kleinen Schlösser zeigen bestimmte Orte an, an denen ich oder jemand anders mit viel Freude ein Elektronikrätsel gelöst hat. Man muss die Atome einstellen, man muss die Hohlräume einstellen, man muss den Frequenzkamm einstellen, damit er das nachverfolgen kann. Dann muss man einen Transferoszillator auswählen, vielleicht einen Neodym-Oszillator. Einer der Tricks besteht darin, das Licht zum entfernten Ende und wieder zurück zu schicken; daraufhin kann man einen lokalen Nachweis vornehmen, der einem verrät, wie viel Phasenrauschen es gibt, denn man ist in dieser Faser in zwei Richtungen gegangen. Dann kann man dieses Phasenrauschen durch zwei teilen und es als Korrektur am Anfang einführen, und das bedeutet, in diesem Labor und in einem Kilometer Entfernung ist die optische Phase größer als ein Milliradiant. Und dann kann man das Ganze gegenüber einem Kalziumsystem oder einem anderen System vergleichen. Wer hat ein Interesse an der Verteilung dieser Signale? Nun, eine interessierte Gruppe sind Leute, die große Beschleuniger bauen. Gar nicht so weit weg von hier gibt es Einige, die schon gewaltige Beschleuniger haben, und die nächste Generation dieser Beschleuniger muss mit Sicherheit synchronisiert werden. In Chile baut man kohärente Radioteleskope mit kürzeren Wellenlängen und größeren Abmessungen, die synchronisiert werden müssen – ich war beeindruckt davon, wie nachdrücklich man dort den Frequenzkamm herausgesucht hat. Unser Artikel war erst seit ein paar Monaten veröffentlicht, da standen sie schon bei uns im Büro. Wir können natürlich Uhren synchronisieren. Stand der Dinge ist, dass man bei einem Transfer von 30 Kilometern in der Sekunde für die Frequenzmessung 10^-17 veranschlagen kann. Man kann eine optische Linienbreite im MHz-Bereich übertragen, mit einer Schwankungsbreite von 10 hoch einer Femtosekunde. Es handelt sich um ein System zur Übertragung des Zeitbereichs. Interessant für mich ist die Messung der Frequenz optischer Frequenzstandards – einmal, weil ich damit angefangen habe, aber auch, weil daran etwas toll sein könnte. Hier haben wir die engste kohärente optische Linie aller Zeiten. Marty Boyd hat die Arbeit gemacht, der Leiter des Programms ist Jun Ye, weil ich nur an zwei Tagen in der Woche ins Labor komme. Die Frequenzbreite beträgt 1,8 Hz, die Mittenfrequenz ist ungefähr 500 mal 10^12, der Qualitätsfaktor Q liegt also im Bereich von 14 – 2 ½ mal 10^14. Die Messinstabilität beträgt 10^-15 in der Sekunde. Wenn man versucht, darauf einen Laser einzustellen und die Frequenz zu messen... was bedeutet eigentlich Frequenz? Sie ist der Kehrwert der Zeit, und Zeit ist eine Sekunde oder 9192631700 Zyklen eines Hyperfein-Cäsiumübergangs. Das war die Grenze des Machbaren, die Unschärfe dieser schönen Definition aus dem Jahr 1960. Sie hatte lange Zeit Bestand, aber sie wird nicht noch weitere fünf oder zehn Jahre gelten. Jetzt wird das Gleiche geschehen wie das, was im Wellenlängenstandard geschehen ist und mir einige Freude bereitet hat. Viele Labore unterbreiteten ihre Vorschläge, und am Ende einigten wir uns darauf, die Lichtgeschwindigkeit zu definieren. Ich weiß nicht, wie es ausgeht; für mich sieht es so aus, dass man sich für einen Übergang als den Standard für Frequenz oder Zeit entscheiden muss. Und Strontium schneidet dabei nicht ganz schlecht ab. Wenn man die Anzahl der Messungen erhöht, zeigt es sich, dass man sich sogar bei 10^-15 immer noch im Bereich des weißen Rauschens befindet; das ist die Grenze des Signalrauschens. Hier ist ein altes Verteilungshistogramm. Dort stehen die absoluten Frequenzmessungen – es handelt sich um Hertz, 20 oder 30 Hz in der Tiefe. Gezeigt wird eine in Frankreich nach dem dortigen Standard vorgenommene Messung sowie eine in Tokio und eine in Boulder durchgeführte Messung. Das ist die Arbeit von Jun Ye, und hier ist die von den am National Bureau of Standards Beschäftigten im Laufe dieser Jahre durchgeführte Arbeit. Dort sehen Sie, was die Optikbande geleistet hat, nach vorne und unten verläuft die Unschärfe. Die Grafik zeigt ein einzelnes Quecksilber-Ion und 10.000 Strontium-Atome. Wir sind dem Cäsium etwas voraus, und das ist praktisch das Ende von Cäsium als Primärstandard – aber das ist alles, was wir haben. Wenn man also jetzt präzisere Frequenzmessungen durchführen möchte, muss man Verhältnisse bilden. Und das ist ziemlich interessant. Angenommen, man hat ein Aluminiumatom und ein Quecksilber-Ion. Diese beiden Dinge befinden sich im Labor von Jim Burquest, und Boulder hat das System auf einen Hohlraum wie diesen eingestellt - kurzfristig; langfristig stellt man auf diese atomaren Übergänge ein. Warum sollte man das tun? Nun, die Antwort lautet: Es macht Spaß zu überprüfen, ob die Frequenzverhältnisse konstant sind, denn wir wissen nicht, wie man sie berechnet. Man gibt die Rydberg-Konstante ein, außerdem diese magische Feinstrukturkonstante von 137,0359991 plus oder minus 1 oder 2 an der letzten Stelle. Hier ist eine Messung der möglichen Änderung des magnetischen Moments von Cäsium in einem Jahr; der Maßstab ist 10^-15. Hier sehen Sie ein Bild, das die Änderung der Feinstrukturkonstante pro Jahr zeigt, 10^-15. Terbiumionen erzeugen diesen im Vergleich zu Cäsium breiten Streifen ... das ist Quecksilber gegenüber Cäsium, das ist das Strontium. Das ist Messtechnik in der 17. Dezimalstelle. Während wir ein paar Jahre lang unseren Spaß hatten, wurden hier aus zwölf Ziffern 15 und dann 17. Wozu ist das gut? Die Physik gibt viele Rätsel auf, wir haben keine Ahnung, warum Kaonen unterschiedlich lange Lebenszeiten haben, obwohl es in unserer Gruppe einen sehr angesehenen Kollegen gibt, der eine Theorie hat, wie man das lösen könnte. Wir wissen nicht, was dunkle Materie ist, wir wissen nicht, was dunkle Energie ist, wir nehmen eine lokale Lorentzinvarianz an – trotz der Tatsache, dass sie überhaupt nicht homogen ist, wenn man sie ansieht. Und wir haben in der Physik noch keinen Fall gefunden, bei dem der unfeine Teil irgendwie versteckt wäre. Dieses ganze Geschäft – wir wissen nicht, ob die Zahlen, mit denen wir in der Physik umgehen, vielleicht von der Zeit seit dem Urknall abhängig sind. Hier deshalb mein Vorschlag: Gehen Sie ins Geschäft und kaufen Sie die besten elektrooptischen Geräte; dann können sie eine Auflösung haben, die sich mit n^3/2 verbessert. Mit diesen Frequenzkämmen können sie schnelle und genaue Messungen vornehmen, auf 15 Dezimalstellen genau, aber ich habe Ihnen ja gesagt, dass es schon mehr sind. Das ist so etwas wie eine neue Autobahn, ähnlich der, die gerade bei mir in der Nähe gebaut wurde, von der wir nur eine oder zwei Ausfahrten kennen. Aber es ist wirklich spannend. Lassen Sie mich Ihnen zuletzt noch etwas zeigen, etwas, das meiner Ansicht nach das Leben von uns allen beeinflussen wird. Ich meine die Tatsache, dass es Multiplexspektroskopie gibt, denn dieser Frequenzkamm weist viele, viele Linien auf. Nun, ein Hohlraum kann auch mit vielen Linien umgehen, wenn man Spiegel mit der gleichen Phasenverschiebung am Ende nimmt. Dieser Frequenzkamm hat ein Frequenzspektrum, der Hohlraum hat ein kammartiges Frequenzspektrum. Sie können sich gegenseitig das Wasser reichen. Angenommen, man gibt hier Moleküle hinein, dann haben sie ihre eigene charakteristische Absorption. Gäbe es eine Möglichkeit, all diese Multiplexspektren zu betrachten, würde man erwarten, dass sich molekulare Spektren zeigen. Die Rede ist von einem hervorragenden Hochschulabsolventen namens Mike Thorpe, der diesen kleinen Kasten gebaut hat. Sie hat eine modengekoppelte Faser und ist zeitlich abgestimmt mit der Länge eines Hohlraums, der Spiegel sehr hoher Güte aufweist. Er lässt hier langsam Gas durchfließen; das Gas kommt aus ihm oder einem anderen Freiwilligen heraus. Man fängt etwas davon in der Tasche auf, pumpt es durch die Pumpe, und in einer Richtung dispergiert man es durch Interferometrie, in einem Etalon; in der anderen Richtung dispergiert man es mit einem Gitter. Nun – all diese Abermillionen von CCD-Sensoren in Infrarotkameras weisen kleine Punkte auf, die heller oder dunkler sind, je nachdem, wie viel absorbiert wurde. Und wenn man sich etwas Mühe gibt, kann man das tatsächliche Spektrum herausfinden. Diese optische Fachzeitschrift hat zahlreiche Venture-Capital-Investoren aufgetrieben, denn die sehen darin einen Kasten im Wert von 50.000 Dollar, der in einer Arztpraxis stehen könnte. Hier ist ein kleiner Teil eines Spektrums, das von 1,62 bis 1,636 entwickelt wurde; das Spektrum kann den Faktor 2 überschreiten. Das Blaue ist Versuchsperson A – ich weiß nicht, wer es ist, aber er weist gute, starke Linien auf; das sieht gut aus. Er hat Kohlenstoff-12 CO2; diese Färbung ist ein wertvoller Hinweis. Die Schlussfolgerung lautet: Im Vergleich zu der Luft, von der wir wissen, dass er sie eingeatmet hat, emittiert er viele Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope. Mit unserem Stoffwechsel betreiben wir also Isotopenselektion. Das zu durchschauen wird viel Spaß machen. Es waren schon Vertreter des medizinischen Zentrums der Colorado University da, also wird es eine Zusammenarbeit geben. Das ist noch so ein Grundsatz, wie Forschung Spaß machen kann: mit Menschen zusammenarbeiten, die aus einem Bereich kommen, den man nicht kennt. Es handelt sich um eine Multidiagnose. Stellen Sie sich vor, Sie kommen zum Arzt und blasen dort hinein. Man sieht Kohlenmonoxid im Atem eines gesunden Studenten, nicht bei jedem, sondern nur bei einem, und das Besondere an ihm ist, dass er vor zwei Jahren mit dem Rauchen aufgehört hat. Trotzdem emittiert er immer noch CO. NO ist ein Marker für Entzündungsaktivitäten. Aceton zeigt sich, wie wahrscheinlich die Meisten von Ihnen wissen, im Atem von Diabetikern. Ammoniak ist ein langfristiger präklinischer Indikator für Nierenprobleme. Und Ethan wird bei einigen Krebsarten emittiert. Das ist also eine großartige Sache. Ich weiß nur nicht, wie man damit Geld verdienen kann, denn das Gerät hat keine Patronen, die immer wieder erneuert werden müssen. Vielleicht können wir nachher in der Diskussion darüber sprechen, welche Prinzipien für Andere wichtig sind. Meiner Ansicht nach steht im Vordergrund, dass fähige Menschen die wichtigsten Ressourcen sind und dass es nicht schaden kann, wenn man freundlich ist und mit anderen zusammenarbeitet. Darauf läuft es doch für uns alle hinaus: Glücklich sein, harte Arbeit ist eine gute Sache, und dann sage ich immer: Man will doch nicht dieses ganze Spiel zu Ende spielen und sich dann fragen: War das alles? In einem anderen Zusammenhang gibt es viele Dinge, die zu erörtern interessant wären – was von Staaten finanziert werden sollte, wo die Gleichheitsprobleme liegen... vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, weitere Informationen…

John Hall (2008)

The Optical Frequency Comb - a Really Versatile Tool

John Hall (2008)

The Optical Frequency Comb - a Really Versatile Tool

Abstract

The Optical Frequency Comb concept and technology exploded in 1999-2000 from the synthesis of advances in independent fields of Laser Stabilization, UltraFast Lasers, and NonLinear Optical Fibers. The Comb was developed first as a method for optical frequency measurement, enabling a thousand-fold advance in optical frequency measurement, and searches (in the 16th digit) for time-variation of physical "constants". The Comb methods also empower enhanced time-domain control, with broad applications in spectroscopy, metrology, and the extension of nonlinear optics into the XUV range and beyond. A comb-excited Cavity Ringdown measurement allows massively multiplex spectroscopy, sensitively to detect disease-marker molecules within human breath. In Comb-based length metrology, the incredible resolution is accessible ALONG WITH intrinsic resolution of the integer fringe question: two great applications will be control/calibration of next-generation interferometric planet-finder missions, and cold-start dimensional metrology for accurate photolithography of large semiconductor wafers.

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