Transportabler Frequenzkamm für Experimentalphysik

Die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf benötigt einen transportablen Frequenzkamm für Präzisionsspektroskopie-Experimente. Das Gerät soll die Frequenzen optischer Wellen relativ zu einer Strontium-Atomuhr, einer ultrastabilen Welle im 1.5 µm-Bereich und einer RF-Frequenz mit sehr geringer systematischer und statistischer Unsicherheit messen können. Die Spezifikationen für das Grundgerät umfassen eine Größe von maximal einem Rack oder 1 m x 1 m Tischfläche plus ein Rack, mit Transportmöglichkeit durch einen kleineren Transporter. Der Betrieb muss in einem Temperaturbereich von 18 bis 25 °C mit minimalen Temperaturschwankungen von ±0,5 K ohne Beeinflussung der Messgenauigkeit möglich sein, wobei die maximal erlaubte Rate der Temperaturschwankung anzugeben ist. Nach einem Transport bei maximal 8 °C muss das Gerät innerhalb von 12 Stunden thermalisiert sein und innerhalb einer Stunde messbereit sein. Der zulässige Luftfeuchtigkeitsbereich muss ebenfalls angegeben werden. Der Kamm muss auf optische Referenzen bei 1534.5 nm, im Bereich 1545 – 1566 nm, bei 698 nm und 1064 nm phasenlockbar sein, wobei jeweils 150 µW Strahlung ausreichen müssen. Die Verfügbarkeit im 24/7-Betrieb muss über 95% im Phasenlock liegen. Die Linienbreite der Frequenzkamm-Moden muss im gesamten Emissionsbereich, auch bei SHG-Ausgängen wie 698 nm, im sub-Hertz-Bereich liegen, wenn der Kamm auf eine sub-Hertz-Referenz stabilisiert ist. Eine kontinuierliche Messung des Phasenrauschens von fOffset im Bereich 1 Hz bis 2 MHz muss möglich sein. Das Gerät muss Messungen von Frequenzen im Bereich von 1.15 µm bis 1.98 µm mit einer relativen Ungenauigkeit von <1E-17 ermöglichen, sowie bei 698 nm und im Bereich 1545 – 1566 nm mit gleicher Genauigkeit. Die Ungenauigkeit bezieht sich auf Verhältnisse wie fx/fRf, fx/f1, fx/f2 und f2/f1. Die Bestimmung dieser Verhältnisse muss ohne eine hochgenaue RF-Referenz möglich sein. Eine Messung von fNIR bei 1064 nm mit einer Ungenauigkeit von ≤ 1E-16 ist ebenfalls gefordert, mit separater Ausweisung der Zusatzkosten. Eine statistische Messungenauigkeit von < 5 E-18 innerhalb von 104 Sekunden Mittelungszeit muss erreichbar sein. Gleichzeitig müssen Beats bei mehreren Wellenlängen (1.15 μm, 1.21 μm, 1.25 µm, 698 nm, 1.5 µm-Bereich, 1064 nm) messbar sein und der Kamm wahlweise auf f1, f2, fNIR phasenlockbar sein. Das Signal-Rausch-Verhältnis muss für ein prinzipiell mögliches Phasenlock ausreichend sein. Die Repetitionsrate muss mindestens 200 MHz betragen und verstellbar sein, um die Modenzahlbestimmung ohne Wavemeter zu ermöglichen. Die Offset-Frequenz muss ebenfalls um mindestens 10 MHz verstellbar sein. Das Licht bei f1, f2, fx wird über faseroptische Anschlüsse bereitgestellt. Rückreflektoren mit 4% Reflektion sollen integriert werden. Ein RF-Eingang für eine 10 MHz Referenz ist vorgesehen. Die Bedienbarkeit muss einfach und zuverlässig sein, vergleichbar mit einem Wavemeter, mit einfacher Integration in bestehende Steuersoftware über ein API oder XML-RPC-Interface. Messdaten müssen speicherbar und über das Interface in Echtzeit auslesbar sein, mit automatischer Übermittlung neuer Messpunkte. Steuerung von Aktuatoren zur Spektrumsoptimierung und Phasenlock-Parametern muss über das Interface möglich sein. Die Signalstärke an den Zählern und für Phasenlocks muss auslesbar sein. Falls zusätzliche Spektrumanalysatoren benötigt werden, ist der Rohde & Schwarz FPC1000 vorgesehen. Mindestens ein Ausgang des Kammsystems muss für zusätzliche Messungen im Bereich 1534 nm und 1.5 µm per Faseranschluss verfügbar sein, sowie genügend Ausgänge für optionale Erweiterungen. Das Gerät muss über mindestens 6 totzeitfreie Zähleinheiten vom Typ FXE oder vergleichbar verfügen, die eine relative Ungenauigkeit von < 1E-17 unterstützen. Der Nutzer muss die Möglichkeit haben, eigene Zähleinheiten einzusetzen. Zur Sicherstellung der Spezifikationserfüllung über 5 Jahre sind zwei Überprüfungsmessungen beim Hersteller nach 24 und 48 Monaten obligatorisch anzubieten, mit separaten Kosten. Laufende Kosten über 5 Jahre müssen durch Angabe austauschpflichtiger optischer Verschleißteile und deren Austauschmodalitäten (Feld oder Hersteller) dargelegt werden. Als Belege sind Graphen des Spektrums der Schwebungsfrequenz, Phasenrauschen der Schwebungsfrequenz und der Offset-Frequenz sowie RMS-Phasenrauschen erforderlich. Die Angebotsgestaltung muss separate Angebote für Module für Phasenlock auf 698 nm und 1064 nm sowie für die Erzeugung von Beats für die Messungen unter 1.1.5.1.a vorsehen, falls separate Module benötigt werden. Optionen umfassen einen Beat mit nutzerseitiger Strahlung bei 1397 nm, die gleichzeitige Messung bei 1.92 µm, Module für MIR-Wellenlängen (2.41 µm, 2.51 µm, 3.38 µm, 3.83 µm, 3.97 µm) mit Beat-Erzeugung/Messung/Phasenlock, sowie optionale Softwarefunktionen wie automatischen Lock-Wiederherstellung, Anpassung von Beat-Frequenzen, Auslösung von Schritten über das Interface, Konsistenzchecks und automatische Pegelanpassung. Ein Wartungsvertrag über 48 Monate ist ebenfalls anzubieten. Die Wertung basiert primär auf den Beschaffungskosten, mit fiktiven Reduzierungen für kostengünstige Optionen (1.9 µm, MIR-Module, Softwarefunktionen) und einer fiktiven Erhöhung der Kosten bei ausgeschlossenen Bauteilen im Wartungsvertrag.