Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD
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5.6. Methoden zur Frequenzstabilisierung von Lasern auf optische Resonatoren 45<br />
Intensität [bel.E<strong>in</strong>h.]<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
Laserverstimmung [bel.E<strong>in</strong>h.]<br />
Abbildung 5.8. Transmission e<strong>in</strong>es optischen Resonators. Gezeigt ist die Transmission als<br />
Funktion der Lngennderung. Man erkennt periodische Maxima im Abstand<br />
e<strong>in</strong>es freien Spektralbereichs. Gezeigt ist e<strong>in</strong> verlustfreier Resonator.<br />
entstehen knnen, wenn die Resonatorfrequenz nicht stabil ist. E<strong>in</strong>e Ursache dafr kann z.B. <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>er thermisch bed<strong>in</strong>gten Lngennderung des Resonators liegen. Die optische Weglnge kann<br />
sich aber auch durch Variationen des Brechungs<strong>in</strong>dex ndern, die durch Temperatur- und Drucknderungen<br />
der Luft im Resonator verursacht werden kann. Demzufolge mu man zum Erreichen<br />
e<strong>in</strong>er hohen Langzeitstabilitt besondere Vorkehrungen treffen. Durch die Auswahl spezieller<br />
Materialien mit ger<strong>in</strong>gem thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie z.B. ULE (Ultra Low<br />
Expansion) und den E<strong>in</strong>satz von Resonatoren <strong>in</strong> evakuierten, temperaturgeregelten Umgebungen<br />
kann man dieses Problem aber reduzieren, allerd<strong>in</strong>gs mit technisch zum Teil hohem Aufwand.<br />
Zur Zeit liegt die L<strong>in</strong>ienbreite e<strong>in</strong>es der stabilsten Laser bei 0,6Hz [205]. E<strong>in</strong> weiteres<br />
grundstzliches Problem ist die Frage, ob man e<strong>in</strong>en Resonator fester oder variabler Lnge whlen<br />
soll. Fr die Durchstimmbarkeit des Lasers oder um den Laser bei der bentigten Frequenz <strong>in</strong> Resonanz<br />
mit dem Resonator zu br<strong>in</strong>gen, ist es vorteilhaft, wenn die Lnge des Resonators verndert<br />
werden kann. Um die Referenzfrequenz fr e<strong>in</strong>en Laserscan zu ndern, kann man z.B. den Resonator<br />
lngenvernderbar machen, <strong>in</strong>dem man e<strong>in</strong> Piezoelement e<strong>in</strong>baut. Das ist sicherlich die<br />
e<strong>in</strong>fachste Mglichkeit. Aufgrund der verschiedenen Materialeigenschaften, d.h. verschiedene<br />
Ausdehungskoeffizienten, ist dies allerd<strong>in</strong>gs fr die Stabilitt meist nachteilig. Zustzlich mu die<br />
fr den Betrieb des Piezoelements notwendige Spannung h<strong>in</strong>reichend stabil se<strong>in</strong>, um ke<strong>in</strong> zustzliches<br />
Frequenzrauschen zu produzieren. E<strong>in</strong>e andere Mglichkeit ist, mit Hilfe e<strong>in</strong>es elektrooder<br />
akustooptischen Modulators e<strong>in</strong> Seitenband des Lasers zu erzeugen, das man dann auf den<br />
Resonator stabilisiert. Dann lt sich der Laser leicht durch Variation der Modulationsfrequenz<br />
durchstimmen und man kann e<strong>in</strong>en festen Resonator benutzen. Diese Methode ist also vorzuziehen,<br />
aber technisch aufwendiger und teurer. Darber h<strong>in</strong>aus verliert man Laserleistung, da<br />
man nicht die volle Leistung <strong>in</strong> das Seitenband transferieren kann.<br />
Hat man e<strong>in</strong>en ausreichend stabilen Resonator, braucht man e<strong>in</strong>e Methode zur Erzeugung<br />
des Fehlersignals. Hierzu gibt es verschiedene Verfahren, von denen e<strong>in</strong>ige kurz beschrieben<br />
werden sollen. Generell mchte man e<strong>in</strong> l<strong>in</strong>eares Fehlersignal, d.h. bei dem der Fehlerwert l<strong>in</strong>ear<br />
von der Frequenzabweichung abhngt. Die Steilheit des Signals, die fr die erzielbare Regelgenauigkeit<br />
verantwortlich ist, und der resultierende Fangbereich sollten unabhngig vone<strong>in</strong>ander<br />
whlbar se<strong>in</strong>. Grundstzlich sollte das System e<strong>in</strong>fach und robust se<strong>in</strong>. Die fr die Stabilisierung<br />
bentigte Leistung sollte mglichst ger<strong>in</strong>g se<strong>in</strong>, damit man den Groteil der Leistung fr das Experiment<br />
zur Verfgung hat. Dies gilt besonders, wenn man mit Lasern ger<strong>in</strong>ger Ausgangsleistung<br />
arbeitet.