Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

5.6. Methoden zur Frequenzstabilisierung von Lasern auf optische Resonatoren 47
Laser durch Lngennderung des Resonators durchstimmen kann. Die maximale Lngennderung
des Piezos ist 5µm bei einer angelegten Spannung von 500V. Dies erlaubt das Verstimmen
des Lasers ber ungefhr 35GHz, was fr die meisten Anwendungen gengt. Der Piezo wird ber
selbstentwickelte Verstrker angesteuert, die eine stabile Spannung von 0-150V erzeugen. Das
ist die typische Spannung fr Niedervoltpiezos, die im Experiment berwiegend eingesetzt werden.
Es kann jedoch sinnvoll sein, einen Hochvoltpiezo (500 oder 1000V max.) mit grerem Hub
zu verwenden, und ihn nur mit 150V zu betreiben, da er auf die gleiche Rauschspannung mit
geringerer Lngennderung reagiert.
Die Bandbreite des Piezoverstrkers betrgt etwa 100kHz, so da man langsame Strungen der
Laserfrequenz ber die Piezospannung ausregeln kann. Fr schnellere Regelungen sollte direkt
ber den Strom geregelt werden, da der Strom mit bis zu einem GHz moduliert werden kann,
also eine hhere Regelbandbreite gestattet. Dazu kann man einen Feldeffekttransistor parallel zur
Laserdiode schalten, dessen Gate man mit der Regelspannung steuert. Die endgltige Regelung
sollte aus zwei verschieden Zweigen bestehen, einem zur Regelung niederfrequenter Strungen
ber den Piezo und einem zur Regelung hochfrequenter Strungen ber den Strom.
Die gesamte Cavity ist in einem Kupferblock montiert, der mit einem Peltierelement temperaturstabilisiert
wird. Es wird eine selbstentwickelte, digitale Temperaturregelung eingesetzt,
die auch fr die Diodenlaser eingesetzt wird. Sie ist ausfhrlich bei Leuthner [125] und Rehm
[164] beschrieben. Die erreichbare Stabilitt liegt bei 2mK. Die Resonatoren sind zusammen
mit einigen Umlenkspiegeln und Strahlteilern sowie mit der Detektionselektronik in einer stabilen
Aluminiumbox untergebracht. Diese soll das System thermisch und mechanisch isolieren
und auerdem vor strendem Streulicht schtzen. Das Transmissionssignal wird mit einer ebenfalls
selbstentwickelten Schaltung detektiert, die auer einem empfindlichen und rauscharmen
Photodioden-Verstrker auch einen Differenzverstrker enthlt, der es erlaubt, oben erwhntes Differenzsignal
direkt am Ausgang zu erhalten. Das so erhaltene Fehlersignal wird dann in einen
analogen PI-Regler gegeben, dessen Ausgangssignal dann ber die Piezospannung die Frequenz
des Diodenlasers regelt. Die dadurch erzielbare Regelbandbreite ist durch die Bandbreite des
Piezoverstrkers von etwa 100kHz limitiert.
5.6.2 Stabilisierung auf atomare Referenzen
Eine atomare oder molekulare Absorptionslinie bietet eine absolute Frequenzreferenz und ist
daher insbesondere fr die Driftstabilisierung eines Lasers sehr gut geeignet. Die Sttigungsspektroskopie
bietet eine technisch ausgereifte Methode um damit eine Stabilisierung zu realisieren.
Die Sttigungsspektroskopie an Iod [27] ist vermutlich eines der bekanntesten Beispiele fr die erfolgreiche
Anwendung dieser Methode. Die vielen Linien des Iod-Molekls sind in einem Atlas
katalogisiert. Aufgrund der vielen molekularen bergnge findet sich fr die meisten Wellenlngen
im Roten bis Infraroten eine geeignete Linie, auf die stabilisiert werden kann. Auch atomare
bergnge knnen benutzt werden, wobei sich besonders die Elemente eignen, die bei Zimmertemperatur
einen hohen Dampfdruck haben, so da man in einer Glaszelle bei Raumtemperatur gute
Bedingungen hat, um Sttigungsspektroskopie zu betreiben. So eignen sich z.B. Csium und Rubidium
gut dafr, weswegen in den meisten MOT-Experimenten diese Technik eingesetzt wird.
Besonders im Ultravioletten gibt es jedoch nur wenig geeignete Molekle, um Laser auf diese
Weise zu stabilisieren. Man kann auch eine Hohlkathodenlampe verwenden, um eine Stabilisierung
zu realisieren. Da die Linien der Ionen aber deutlich schwcher sind als die der Atome,
ist die Stabilisierung auch mit Lock-in-Technik schwierig, gerade wenn man wenig Leistung fr
die Stabilisierung zur Verfgung hat. Deshalb wird es kaum verwendet.