31.12.2007
Die überragende Kurzzeitstabilität eines hochstabilen Lasers der als Abfragelaser für die Yb+-Einzelionenuhr benutzt wird, wurde mit Hilfe eines Frequenzkammes und dem in der PTB entwickelten Transferverfahren in den Mikrowellenbereich übertragen. Sie wird dort zur Frequenzstabilisierung eines Mikrowellenoszillators bei 9,4 GHz benutzt. Da eine zweite Mikrowellenreferenz mit adäquatem Phasenrauschen nicht zur Verfügung stand, wurde die Mikrowelle über ein 300 m langes Koaxialkabel zu einem zweiten Messplatz übertragen. Dort wurde das Phasenrauschen der stabilisierten Mikrowelle mit einem zweiten Frequenzkamm mit dem eines zweiten hochstabilen Lasers (des Ca optischen Frequenznormals) verglichen. Der erneute Frequenzvergleich mit der optischen Quelle liefert ein unabhängiges Maß für die Qualität der Regelung und die erreichte Stabilität der Mikrowelle.
Abbildung 1 zeigt die Allan-Standardabweichung σy(2,τ) dieser Messung ( blaue Punkte) sowie die Stabilität des in einem Vorversuch nach dem gleichen Verfahren stabilisierten 5 MHz Quarzoszillators (schwarze Quadrate). Zum Vergleich wird der direkt optische Vergleich der beiden hochstabilen Laser gezeigt (rote Dreiecke).
Die Verwendung eines direkt regelbaren Mikrowellenoszillators zeigt die deutliche Verbesserung der Stabilität, die für kurze Zeiten τ<10 s durch das erreichte Signal Rausch-Verhältnis der Photodiode begrenzt wird. Dies führt zu einer vorläufigen technischen Begrenzung der Allan-Standardabweichung von σy(2,τ) = 1 . 10-14/τ. Es wird ersichtlich, dass optische Frequenznormale auch im Mikrowellenbereich erfolgreich zur Erzeugung von Referenzfrequenzen mit extrem geringem Phasenrauschen eingesetzt werden können.
Abb. 1: Vergleich der übertragenen Stabilität geregelter Mikrowellenoszillatoren