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Converters make laser light homogeneous and stable and minimize phase noise

Three optical converters from PTB generate high-end laser characteristics - Cooperation and licence partners wanted

11.04.2013

They can "jazz up" existing laser beam sources enormously: The three different optical converters from PTB ensure emission parameters with unique characteristics. The first, a pulsed-to-cw converter, makes continuous light out of pulsed light from beam sources with a sufficiently high repetition rate. The second, the single-frequency long-term stabiliser, is a maser-AOM module, which allows the provision of a reference laser which is stable in the long-term with a sub-hertz linewidth. And the third, a self-referential AOM-based system, can measure the lowest phase noise of frequency combs and fibre lasers without an additional source. All three developments will be presented at the LASER World of PHOTONICS 2013 from 13 to 16 May in Munich (Hall 2, Stand 361).

Gepulst-zu-cw-Konverter für spektroskopische Anwendungen (Abb.: PTB)

Der Gepulst-zu-cw-Konverter: Schmalbandige, durchstimmbare Anregungsquellen werden zumeist mittels modengekoppelter Laser und nachgeschaltetem OPO dargestellt. Für spektroskopische Anwendungen im Bereich der Analytik und in der Kalibrierung von Photosensoren, wie beispielsweise von Solarzellen, sind die mit der hohen Spitzenleistung verbundenen nichtlinearen Effekte und die mit der Zeitstruktur der Anregung verbundenen Relaxationsphänomene nicht immer zu vernachlässigen. Deshalb hat die PTB einen patentierten Konverter entwickelt, der die gepulste Laserstrahlung mithilfe einer optischen Vorrichtung zeitlich homogenisiert.

Der Single-Frequency-Langzeitstabilisator: Durch Kopplung eines Single-Frequency Lasers oder eines Frequenzkammes an einen externen Resonator werden Linienbandbreiten um 1 Hz gegenwärtig routinemäßig erreicht. Allerdings driftet die externe Kavität durch Umwelteinflüsse, die nur mit unverhältnismäßigem Aufwand zu beeinflussen sind. Einfacher ist es, die im Mikrowellenbereich langzeitstabile Emission eines Masers an den optischen Laser zu koppeln. Hierfür ist ein zum Patent angemeldeter Filter- und Regelkreis notwendig, dessen Ausgangssignal die Nachführung der Phase des Lasers mittels eines einfachen AOMs ermöglicht. Dadurch wird die Langzeitstabilität der Frequenz von einigen Sekunden auf viele Stunden und mehr erweitert.

Das selbstreferentielle Modul für Phasenrauschmessungen: Um das verbleibende Phasenrauschen hochstabiler Laser messen zu können, wird das Licht üblicherweise im Selbstheterodynverfahren mit sich selbst verglichen. Mittlerweile sind zum Beispiel Faserlaser in der Telekommunikation so gut, dass die Selbstheterodynmethode nicht mehr empfindlich genug ist. Eine bessere Methode besteht darin, ein Referenzsignal aus der Quelle selbst mittels einer externen Kavität zu generieren und das Rauschspektrum durch Vergleich mit diesem Referenzsignal zu vermessen. Auch hierfür hat die PTB eine Patentierung beantragt.

Vielfältige Anwendungen dieser Konverter finden sich in den Bereichen

  • hochgenaue spektrale Charakterisierung von Photodetektoren und Solarzellen
  • Laserquellencharakterisierung mit Anwendungen in der Telekommunikation und der Fasersensorik, etwa für die Geologie
  • Der Verbesserung optischer Uhren und der Satellitenkommunikation

Die PTB präsentiert die Konverter auf der diesjährigen LASER World of PHOTONICS vom 13. bis 16. Mai 2013 in München, Halle B2, Stand 316 und steht natürlich für umfassende Informationen rund um die Geräte zur Verfügung.

Begriffliche Erläuterungen

AOM - Akusto-Optischer Modulator: Standardbauteil der Lasertechnik, das elektrisch angesteuert wird und über akustische Wellen in einem transparenten Kristall die Frequenz einer durchtretenden Laserstrahlung verschieben kann.

OPO - Optischer Parametrischer Oszillator: Standardbauteil der Lasertechnik, bei dem rein optisch in einem nichtlinearen Kristall mittels Frequenzmischung Laseremissionen in neuen Wellenlängenbereichen erzeugt werden. Durch mechanische Verstellung des OPO-Kristalls kann kontinuierlich ein Spektrum von Wellenlängen überstrichen werden. OPO sind meist nur effizient, wenn Sie mittels gepulster Primärlaser hoher Spitzenleistung betrieben werden.