Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

5.6. Methoden zur Frequenzstabilisierung von Lasern auf optische Resonatoren 49
Intensität [bel.Einh.]
0.8
0.6
0.4
0.2
4
2
-2
-4
2 4 6 8
Verstimmung [bel.Einh.]
-6
Verstimmung [bel.Einh.]
Abbildung 5.11. Transmission eines optischen Resonators. Links ist die Transmission eines
konfokalen, verlustfreien Resonators als Funktion der Lngennderung
dargestellt. Man erkennt periodische Maxima im Abstand eines freien
Spektralbereichs. Rechts ist die Ableitung des Signals dargestellt. Man
erhlt ein Dispersionssignal, dessen steiler Nulldurchgang zum Regeln geeignet
ist.
5.6.3 Stabilisierung auf die Ableitung des Transmissionssignals
Eine weitere Methode bei der Stabilisierung auf einen Resonator ist die Stabilisierung auf die
Ableitung des Transmissionssignals [198], das man mit Hilfe Lock-in Technik erhlt. Dabei erzeugt
man das Fehlersignal, indem man den Resonator moduliert und das Transmissionssignal
schmalbandig mit Hilfe eines Lock-in Verstrkers [106] nachweist. Man whlt die Modulationsfrequenz
des Resonator so hoch, da sie weit von mechanischen Resonanzen des Systems entfernt
liegt, d.h. in der Praxis meist im kHz Bereich. Da der Lock-in Verstrker praktisch die
Ableitung des Transmissionssignals liefert (Abb. 5.11), ist das Fehlersignal ein dispersives Signal.
Man stabilisiert dabei auf das Maximum der Transmission. Zur Regelung verwendet man
dessen ungefhr linearen Teil um den Nulldurchgang herum. Bezglich Regelgenauigkeit und
Fangbereich ist die Charakteristik wie bei der in Kapitel 5.6.1 beschriebenen Methode durch die
Finesse des Resonators bestimmt. Da man immer auf das Maximum der Transmission regelt, ist
die Regelung von Intensittsschwankung unbeeinflut. Da man mit dem Lock-in-Verfahren sehr
kleine Signale detektieren kann, kommt man mit geringer Leistung aus. Um die Modulation
zu erzeugen, verndert man z.B. die Lnge des Resonators mittels Piezo oder verwendet einen
akustooptischen Modulator mit dem man die Laserfrequenz modulieren kann.
5.6.4 Drift-Stabilisierung der Diodenlaser im Experiment
Eine Stabilisierung der Laser gegen Drift ist besonders fr Langzeit-Messungen notwendig, da
durch die Frequenzdrift beispielsweise die Khlleistung und damit die Temperatur des Ions
und das Fluoreszenzniveau schwankt. Besonders bei einer Lebensdauermessung - wie sie hier
durchgefhrt wurde - ist dies hilfreich. Da wie oben gezeigt wurde (Abb. 5.10) die Stabilitt gegen
Drifts der Diodenlaser bisher noch unzureichend war, wurde im Rahmen dieser Arbeit mit
dem Aufbau einer Driftstabilisierung begonnen. Die Frequenzdrift des Ti:Sa-Lasers ist besser
als die der Dioden, aber ebenfalls verbesserungswrdig. Da langfristig der Betrieb einer Laserdiode
im UV anstelle des Ti:Sa-Lasers geplant wird, sollen zuerst die Diodenlaser stabilisiert
werden. Dazu soll die Stabilitt eines kommerziellen, frequenzstabilisierten Helium-Neon Lasers
auf die Diodenlaser bertragen werden. Es soll das im vorherigen Abschnitt besprochene Verfahren
angewendet werden. Dabei werden die Frequenzen beider Laser mit Hilfe eines Resonators