Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

52 Kapitel 5. Experimenteller Aufbau
5.7 Wellenlngenmessung
Zur Frequenzmessung der Laser steht ein Wavemeter zur Verfgung. Das Gert wurde aus einem
Bausatz, wie er vom National Institute of Standards and Technology (NIST) angeboten wurde,
aufgebaut. Es arbeitet nach dem Prinzip eines travelling Michelson-Interferometers wie es
u.a. bei [98] beschrieben wird. Dabei wird der zu messende Laser mit einem Laser bekannter
Frequenz, in unserem Fall ein kommerzieller Helium-Neon Laser, verglichen. Die beiden Laser
werden parallel zueinander durch ein Interferometer geschickt wie es in Abb. 5.13 gezeigt ist.
Dabei ist ein Retroreflektor auf einer Luftkissenbahn montiert, der beim Hin- und Herfahren den
beweglichen Arm des Interferometers bildet. Durch die damit verbundene Lngenvariation ergibt
zu messender Strahl
Referenzstrahl
Strahlteiler
He-Ne-Laser
Photodiode für
Referenzstrahl
Photodiode für
zu messenden
Strahl
Retroreflektoren
Luftkissenbahn
Gleiter
Abbildung 5.13. Schematische Ansicht des Wavemeters. Es handelt sich um ein travelling
Michelson Interferometer. Als Referenzlaser dient ein Helium-Neon
Laser. Dieser wird parallel mit dem zu messenden Laser durch das Interferometer
justiert. Beim Bewegen des Gleiters auf der Luftkissenbahn
detektiert man periodische Interferenzsignale mit den Photodioden. Zhlt
man fr beide Laser die in gleicher Zeit, d.h. auf gleicher Strecke auftretenden
Maxima, so erhlt man aus deren Verhltnis die gesuchte Wellenlnge.
sich am Ausgang ein Interferenzsignal. Da als Retroreflektor Prismen, die an der Basis verklebt
sind, verwendet werden, kommt es zu ringfrmigen Interferenzringen. Die Intensittsmodulation
wird mit je einer Photodiode pro Laser detektiert. Man erhlt ein sinusfrmiges Signal, aus dessen
Nulldurchgngen man die Anzahl der Maxima bestimmt, die auf einer bestimmten vom Retroreflektor
zurckgelegten Wegstrecke auftreten. Im Prinzip entspricht dies einer Lngenmessung,
wenn man die Wellenlnge kennt. Da man dies nicht tut, mit man die Lnge mit Hilfe des Lasers,
dessen Wellenlnge man kennt. Bei gleicher durchfahrener Strecke des Wagens, bestimmt man
jeweils die Anzahl der Maxima fr beide Laser. Dann ist das Verhltnis der Maxima direkt proportional
zum Verhltnis der Wellenlngen, d.h man kann aus der bekannten Wellenlnge nun die
gesuchte bestimmen. Zum Zhlen digitalisiert man das analoge Photodiodensignal, indem man
z.B. mit einem Komparator die Nulldurchgnge bestimmt und diese dann zhlt. Die Zhler kann
man auslesen und mit einem Computer die Wellenlnge errechnen.
Die erreichbare Genauigkeit bei der Wellenlngenbestimmung liegt bei etwa 10 −7 . Es mu
jedoch beachtet werden, da man die Wellenlngen in Luft mit, so da die Variation des Brechungsindex
beachtet werden mu, der ja von der Wellenlnge, vom Luftdruck und der Temperatur
abhngt. Die Abweichungen von 1 liegen nur bei etwa 10 −3 . Fr die Verwendung im Rahmen
des Experiments spielen die absoluten Werte ohnehin keine groe Rolle, es ist vielmehr die
Reproduzierbarkeit von Bedeutung. Was die bentigte Genauigkeit angeht, kann man folgende
berlegung machen. Zur Khlung von Atomen auf Dipolbergngen sollte man die Frequenz bis auf