Pikosekunde

Eine Pikosekunde ist 10⁻¹² Sekunden: eine Billionenstel Sekunde. In der praktischen Metrologie ist dies die Grenzlinie, wo Licht selbst zu einem brauchbaren Messstab wird. In dieser einen Pikosekunde legt Licht im Vakuum etwa 300 Mikrometer zurück, was Zeitmessung (Time of Flight) auf Längenskalen möglich macht, wo konventionelle mechanische Messung versagt. Das Formelzeichen ist ps.

Messungen im Pikosekundenbereich treten überwiegend in der optischen Metrologie und zeitaufgelöster Spektroskopie auf. Gepulste Laser mit Pulsdauern im Pikosekundenbereich können Entfernungen bis auf wenige Mikrometer genau messen, indem Licht auf eine Oberfläche geworfen und die Rückkehr zeitlich erfasst wird. Ultrakurzzeitpulsgeneratoren und Streak-Kameras arbeiten in diesem Bereich. Bei der Elektronikprüfung ist Pikosekunden-Timing Standard für Jitter-Messung in hochfrequenten digitalen Signalen und zur Charakterisierung von Laufzeitverzögerungen in integrierten Schaltkreisen oberhalb weniger Gigahertz.

Der Begriff stammt aus der SI-Nomenklatur (piko- bedeutet 10⁻¹²), ist aber nicht nur akademisch. Ein Techniker, der mit Pikosekunden-Auflösung in Zeit-Digital-Wandlern, faseroptischen Distanzsensoren oder Pikosekunden-Laser-Entfernungsmessern arbeitet, muss wissen, dass Unsicherheiten in diesem Bereich aus Dispersion in optischen Medien, Synchronisationsjitter in der Elektronik und thermischer Drift in Oszillatoren entstehen. Wiederholbarkeit, nicht allein Genauigkeit, wird zur praktischen Frage.

Unter der Pikosekunde liegt die Femtosekunde (10⁻¹⁵ s), verwendet in spezialisierten Ultrakurzzeit-Optik-Laboren. Darüber dominiert Nanosekunden-Timing in der verbreiteten Elektronik-Prüftechnik. Der Pikosekundenbereich ist dort, wo allgemeine optische und elektronische Metrologie auf reale Fertigungsgrenzen trifft: schnell genug, um relevant zu sein, langsam genug, um mit handelsüblichen Geräten ohne exotische Techniken messbar zu sein.