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    • 专利摘要:
    Es wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Frequenzspektrums in Form eines Frequenzkamms offenbart, bei dem kurze Lichtpulse erzeugt werden, die jeweils ein aus Spektrallinien entsprechend einer Vielzahl longitudinaler Moden einer Lasereinrichtung zusammengesetztes Frequenzspektrum in Form eines Frequenzkamms mit zueinander äquidistanten Spektrallinien aufweisen und bei dem eine Frequenzdifferenzbildung derart durchgeführt wird, dass Spektrallinien niedrigerer Frequenzen von Spektrallinien höherer Frequenzen abgezogen werden, sodass ein Frequenzkamm mit offset-freien Frequenzen erzeugt wird, deren Frequenzen jeweils einem ganzzahligen Vielfachen der Repetitionsfrequenz des Frequenzkamms entsprechen. Erfindungsgemäß weisen die Spektrallinien höherer Frequenzen zu den Spektrallinien niedrigerer Frequenzen einen Frequenzabstand auf, der mindestens einer Oktave entspricht, sodass das Frequenzspektrum des Frequenzkamms mit offset-freien Spektrallinien innerhalb des Frequenzspektrums des Frequenzkamms vor der Frequenzdifferenzbildung liegt. Ferner werden eine Lasereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Verwendungsbeispiele offenbart.A method for generating a frequency spectrum in the form of a frequency comb is disclosed, in which short light pulses are generated, each having a frequency spectrum composed of spectral lines corresponding to a plurality of longitudinal modes of a laser device in the form of a frequency comb with mutually equidistant spectral lines and wherein a frequency difference formation such is carried out that spectral lines of lower frequencies are subtracted from spectral lines of higher frequencies, so that a frequency comb is generated with offset-free frequencies whose frequencies each correspond to an integer multiple of the repetition frequency of the frequency comb. According to the spectral lines of higher frequencies to the spectral lines of lower frequencies at a frequency spacing corresponding to at least one octave, so that the frequency spectrum of the frequency comb with offset-free spectral lines within the frequency spectrum of the frequency comb before the frequency difference formation. Furthermore, a laser device for carrying out the method according to the invention and examples of use are disclosed.
    公开号:DE102004022037A1
    申请号:DE200410022037
    申请日:2004-05-03
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Harald Dr. Telle
    申请人:Bundesrepublik Deutschland Vertreten Durch Den Bundesminister fur Wirtschaft Dieser Vertreten Durch Den Prasidenten Der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt；Bundesrepublik Deutschland；
    IPC主号:G02F1-35
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Frequenzspektrumsin Form eines Frequenzkamms, bei dem kurze Lichtpulse erzeugt werden,die jeweils ein aus Spektrallinien entsprechend einer Vielzahl longitudinalerModen einer Lasereinrichtung zusammengesetztes Frequenzspektrumin Form eines Frequenzkamms mit zueinander äquidistanten Spektrallinienaufweisen, und bei dem eine Frequenzdifferenzbildung derart durchgeführt wird, dassSpektrallinien niedrigerer Frequenzen von Spektrallinien höherer Frequenzenabgezogen werden, sodass ein Frequenzkamm mit offset-freien Spektrallinienerzeugt wird, deren Frequenzen jeweils einem ganzzahligen Vielfachender Repetitionsfrequenz des Frequenzkamms entsprechen, sowie eineLasereinrichtung zur Durchführungdes Verfahrens.TheThe invention relates to a method for generating a frequency spectrumin the form of a frequency comb, in which short light pulses are generated,each one of spectral lines corresponding to a plurality of longitudinalModes of a laser device composite frequency spectrumin the form of a frequency comb with mutually equidistant spectral linesand in which a frequency difference formation is performed such thatSpectral lines of lower frequencies of spectral lines of higher frequenciesbe subtracted, so that a frequency comb with offset-free spectral linesis generated, whose frequencies each have an integer multiplecorrespond to the repetition frequency of the frequency comb, as well as aLaser device for implementationof the procedure.
    [0002] Seiteinigen Jahren ist die Erzeugung ultrakurzer Laser-Lichtpulse, d.h. Lichtpulse mit charakteristischen Pulsdauern im ns- bis fs-Bereich,bekannt. Femtosekunden-Lichtpulse lassen sich durch phasenstarreKopplung der longitudinalen Moden eines Laserresonators erzeugen.Durch die auch Modensynchronisation genannten Kopplung können in demLaserresonator sehr viele eigene Schwingungen bzw. Moden mit verschiedenenFrequenzen angeregt werden, wenn die Bandbreite des Laserübergangsgenügendbreit ist. Wird durch einen geeigneten Mechanismus zwischen denModen eine feste Phasenbeziehung eingestellt, so kommt es zur Abstrahlungkurzer Lichtpulse mit einem zeitlichen Abstand Δt. Mit breitbandigen Lasermaterialien,beispielsweise Titan:Saphir (Saphir, der mit dreiwertigen Titanionendotiert ist), könnenheute Lichtpulse von nur wenigen Femtosekunden Dauer erzeugt werden.sincesome years ago, the generation of ultrashort laser light pulses, i.H. Light pulses with characteristic pulse durations in the ns to fs range,known. Femtosecond light pulses can be achieved by phase-lockedCreate coupling of the longitudinal modes of a laser resonator.Due to the synonymous mode coupling mentioned coupling can in theLaser resonator very many own oscillations or modes with different onesFrequencies are excited when the bandwidth of the laser transitionenoughis wide. Is by a suitable mechanism between theModes set a fixed phase relationship, it comes to the radiationshort light pulses with a time interval Δt. With broadband laser materials,For example, titanium: sapphire (sapphire, with trivalent titanium ionsis doped) canToday light pulses of only a few femtoseconds duration can be generated.
    [0003] Wirdnun der Intensitätsverlaufder pulsförmigenLaserstrahlung vom Zeitraum in den Frequenzraum übertragen, beispielsweise mittelsder Fourier-Transformation, ergibt sich ein sogenannter Frequenzkamm,der δ-Funktionen ähnlicheSpektrallinien aufweist, die den zu jedem Lichtpuls beitragenden optischenFrequenzen entsprechen. Die Einhüllende desFrequenzkamms liegt innerhalb der Bandbreite des Laserübergangsin dem Lasermedium. Die Breite der Einhüllenden ist im Wesentlichenumgekehrt proportional zur Pulsdauer.Becomesnow the intensity curvethe pulse-shapedTransmitted laser radiation from the period into the frequency space, for example by means ofthe Fourier transform, results in a so-called frequency comb,similar to the δ functionsHaving spectral lines that the contributing to each light pulse opticalCorrespond to frequencies. The envelope of theFrequency comb is within the bandwidth of the laser junctionin the laser medium. The width of the envelope is essentiallyinversely proportional to the pulse duration.
    [0004] DieFrequenzabständeder Spektrallinien des Frequenzkamms sind entsprechend den longitudinalenLasermoden ganzzahlige Vielfache der Repetitionsfrequenz frep. Die Repetitionsfrequenz frep ist derreziproke Wert des zeitlichen Abstandes Δt der Lichtpulse. Die Kammstrukturvon Femtosekunden-Pulsen im Frequenzraum wird beispielsweise in "Collogium: Femtosecondoptical frequency combs" (Reviewsof Modern Physics, Vol. 75, Januar 2003, Seite 325ff.) beschrieben.The frequency spacings of the spectral lines of the frequency comb are integer multiples of the repetition frequency f rep in accordance with the longitudinal laser modes. The repetition frequency f rep is the reciprocal value of the time interval Δt of the light pulses. The comb structure of femtosecond pulses in frequency space is described, for example, in "Collogium: Femtosecond optical frequency combs" (Reviews of Modern Physics, Vol. 75, January 2003, page 325ff.).
    [0005] Eswurde erkannt, dass sich die Aneinanderreihung der äquidistantenSpektrallinien als Skala für eineFrequenzkalibrierung eignet. Gleichzeitig wurde aber auch auf eineungenügendeStabilitätdes Pulslasers und auf eine rauschbedingte Verschiebung der Spektralfrequenzenhingewiesen. In dem Artikel "Carrier-envelopeoffset phase control: A novel concept for absolut optical frequencymeasurement and ultrashort pulse generation" (Applied Physics, B 69, 1999, Seite327ff.) wird die Ursache hierfürbeschrieben. Die Gruppengeschwindigkeit eines Pulses, die die Umlaufzeitim Resonator und damit die Repetitionsfrequenz frep bestimmt,stimmt in der Regel nicht mit der Phasengeschwindigkeit der einzelnenModen überein.It has been recognized that the juxtaposition of the equidistant spectral lines is suitable as a scale for frequency calibration. At the same time, however, attention was drawn to an insufficient stability of the pulse laser and to a noise-induced shift of the spectral frequencies. The reason for this is described in the article "Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation" (Applied Physics, B 69, 1999, page 327 ff.). The group velocity of a pulse, which determines the cycle time in the resonator and thus the repetition frequency f rep , generally does not coincide with the phase velocity of the individual modes.
    [0006] Diedurch ganzzahlige Vielfache der Repetitionsfrequenz frep getrenntenSpektrallinien lassen sich in ihrer absoluten Frequenzlage nichtdurch ganzzahlige Vielfache der Repetitionsfrequenz frep darstellen,sondern fürjede Kammlinie gilt folgende Formel: fm = fceo + m frep, bei der der Index „ceo" für carrier-envelopeoffset steht und m eine natürlicheZahl der Größenordnung 105 bis 106 ist.The rep separate spectral lines f by integer multiples of the repetition frequency can not be in their absolute frequency position by integer multiples of the repetition frequency f rep represent, but for each ridge line following formula: f m = f ceo + mf rep . in which the index "ceo" stands for carrier-envelope offset and m is a natural number of the order of 10 5 to 10 6 .
    [0007] Mitder ceo-Frequenz bzw. fceo wird eine Frequenzbezeichnet, um deren Betrag alle Frequenzen der Spektrallinien desFrequenzkamms relativ zum Ursprung im Frequenzraum verschoben sind.Die Größe der Frequenzfceo wird dabei durch die Dispersionseigenschaftendes Laserresonators bestimmt und ist somit zeitlichen Schwankungenunterworfen. Diese Verschiebung führt dazu, dass die Anwendungenvon Pulslasern fürMesszwecke oder als Generatoren optischer Frequenzen beschränkt sind.The ceo frequency or f ceo denotes a frequency by the amount of which all frequencies of the spectral lines of the frequency comb are shifted relative to the origin in the frequency domain. The size of the frequency f ceo is determined by the dispersion properties of the laser resonator and is thus subject to temporal variations. This shift results in limited applications of pulsed lasers for measurement purposes or as generators of optical frequencies.
    [0008] Durcheine Frequenzdifferenzbildung zweier Frequenzbereiche kann aus einemderartigen Frequenzkamm ein offset-freier Frequenzkamm erzeugt werden(Optical Letters; Vol. 29, No. 3; 01.02.2004). Da die Frequenzenaller Spektrallinien genau einmal den Betrag der ceo-Frequenz fceo enthalten, fällt diese Größe bei derFrequenzdifferenzbildung heraus und es wird somit ein offset-freierFrequenzkamm erhalten. Die Bandbreite und die Lage des offset-freien Frequenzkammsim Frequenzraum wird allerdings deutlich verschoben und liegt nunaußerhalbdes ursprünglichenFrequenzbereiches.By means of a frequency difference formation of two frequency ranges, an offset-free frequency comb can be generated from such a frequency comb (Optical Letters, Vol 29, No. 3, 01.02.2004). Since the frequencies of all spectral lines contain exactly once the amount of the ceo frequency f ceo , this variable is eliminated in the frequency difference formation and thus an offset-free frequency comb is obtained. However, the bandwidth and the position of the offset-free frequency comb in the frequency domain is shifted significantly and is now outside the original frequency range.
    [0009] Derzeitwird zur Darstellung des Normals für die Zeit eine sogenannteCäsium-Atomuhr mit einer Grundfrequenzvon 9,2 GHz verwendet. Durch direktes Auszählen der Grundschwingungenwird hierbei die Zeit gemessen. Die Genauigkeit der Zeitmessung beträgt etwa10-4. Mit optischen Frequenznormalen isteine relative Genauigkeit im Bereich von 10-18 erreichbar.Die Frequenznormale weisen allerdings eine optische Frequenzen von100 THz oder mehr auf, die nicht mehr direkt auszählbar sind.Deshalb werden füreine „optischeUhr" die hohen Frequenzendes Frequenznormals in elektronisch auswertbare niedrige Frequenzenumgesetzt.Currently, a so-called cesium atomic clock with a fundamental frequency of 9.2 GHz is used to represent the normal for the time. By direk Counting the fundamental oscillations, the time is measured. The accuracy of the time measurement is about 10 -4 . With optical frequency standards, a relative accuracy in the range of 10 -18 is achievable. However, the frequency standards have optical frequencies of 100 THz or more, which are no longer directly selectable. Therefore, the high frequencies of the frequency standard are converted into electronically evaluable low frequencies for an "optical clock".
    [0010] Esist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserteDarstellung eines Normals fürdie Zeit mit einem optischen Frequenzgenerator zur Erzeugung einesFrequenznormals zu realisieren.Itis therefore the object of the present invention, an improvedRepresentation of a standard forthe time with an optical frequency generator to generate aRealize frequency standard.
    [0011] ZurLösungder Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahrender eingangs erwähntenArt dadurch gekennzeichnet, dass die Spektrallinien höherer Frequenzenzu den Spektrallinien niedriger Frequenzen einen Frequenzabstandaufweisen, der mindestens einer Oktave entspricht, sodass das Frequenzspektrumdes Frequenzkamms mit offset-freien Spektrallinien innerhalb desFrequenzspektrums des Frequenzkamms vor der Frequenzdifferenzbildungliegt. Der offset-freie Frequenzkamm steht nun für eine Verwendung als Frequenznormalmit einem Frequenzspektrum innerhalb des ursprünglichen Frequenzspektrumszur Verfügung,wenn eine seiner Linien relativ zu einer Normalfrequenz stabilisiert wird,etwa durch Regelung der Resonatorlänge. Alternativ könnte frep relativ zu einer Mikrowellen-Normalfrequenzstabilisiert werden.To achieve the object, a method of the type mentioned above is characterized in that the spectral lines of higher frequencies to the spectral lines of low frequencies have a frequency spacing corresponding to at least one octave, so that the frequency spectrum of the frequency comb with offset-free spectral lines within the frequency spectrum of the frequency comb lies before the frequency difference formation. The offset-free frequency comb is now available for use as a frequency standard with a frequency spectrum within the original frequency spectrum when one of its lines is stabilized relative to a normal frequency, such as by controlling the resonator length. Alternatively, f rep could be stabilized relative to a microwave normal frequency.
    [0012] Beieiner vorteilhaften Weiterführungdes erfindungsgemäßen Verfahrensentspricht der Frequenzabstand zwischen den Spektrallinien höherer Frequenzenenund denen der niedrigen Frequenzen im Wesentlichen zwei Oktaven,sodass das Frequenzspektrum des Frequenzkamms mit offset-freienSpektrallinien in etwa der Mitte des Frequenzspektrums des Frequenzkammsvor der Frequenzdifferenzbildung.atan advantageous continuationthe method according to the inventioncorresponds to the frequency spacing between the spectral lines of higher frequenciesand those of the low frequencies are essentially two octaves,so that the frequency spectrum of the frequency comb with offset-freeSpectral lines approximately in the middle of the frequency spectrum of the frequency combbefore the frequency difference formation.
    [0013] Beieiner bevorzugten Ausführungdes erfindungsgemäßen Verfahrensweist der Frequenzkamm vor der Frequenzdifferenzbildung Frequenzen imBereich von etwa 100 THz bis 400 THz auf. Bevorzugter weist derFrequenzkamm vor der Frequenzdifferenzbildung Frequenzen im Bereichvon etwa 150 THz bis 350 THz auf. Die Differenz bei der Differenzfrequenzbildungergibt dann eine Frequenz von 200 THz, was einer ungefähren Wellenlänge von1,5 μm entspricht.ata preferred embodimentthe method according to the inventionthe frequency comb before the frequency difference formation has frequencies in theRange from about 100 THz to 400 THz. More preferably, theFrequency comb before the frequency difference formation frequencies in the rangefrom about 150 THz to 350 THz. The difference in difference frequency formationthen gives a frequency of 200 THz, which is an approximate wavelength ofCorresponds to 1.5 microns.
    [0014] Einevorteilhafte Weiterführungdes erfindungsgemäßen Verfahrenssieht vor, dass zur Markierung einer einzelnen Spektrallinie dieLasereinrichtung mit einer zusätzlichenLasereinrichtung gekoppelt wird, und die jeweiligen Repetitionsfrequenzenzueinander verschieden sind, beispielsweise aufgrund einer Verstimmungder zusätzlichenLasereinrichtung um etwa 10-10. Das abgeschwächte Signalder zusätzlichenLasereinrichtung wird mit dem Signal der (Steuer-) Lasereinrichtungzusammengefügt.Folglich erhältjede Spektrallinie des Frequenzkamms eine Satellitenlinie, derenFrequenzabstand eindeutig die Spektrallinie charakterisiert bzw.markiert. Diese entstehende Schwebung kann leicht in Abhängigkeitvon dem jeweiligen Spektralbereich mit einer Photodiode oder einemPhotomultiplier gemessen werden. Das Phasenrauschen der Satellitenlinienrelativ zu den Spektrallinien kann bei genügend großer Regelbandbreite prinzipiellsehr klein sein. Das bedeutet, dass auf einer Empfängerseiteein schmalbandiges Mitlauf-Filterzur Phasenverfolgung der charakteristischen Schwebung einsetzbarist.An advantageous continuation of the method according to the invention provides that for marking a single spectral line, the laser device is coupled to an additional laser device, and the respective repetition frequencies are different from each other, for example due to detuning of the additional laser device by about 10 -10 . The attenuated signal of the additional laser device is combined with the signal of the (control) laser device. Consequently, each spectral line of the frequency comb receives a satellite line whose frequency spacing uniquely characterizes or marks the spectral line. This resulting beat can easily be measured as a function of the respective spectral range with a photodiode or a photomultiplier. The phase noise of the satellite lines relative to the spectral lines can in principle be very small if the control bandwidth is sufficiently large. This means that a narrow-band tracking filter can be used on one receiver side for phase tracking of the characteristic beat.
    [0015] Solangedie Perioden-Eindeutigkeit gewahrt wird, verkraftet ein derartigerMitlauf-Filter kurzzeitige Signalunterbrechungen. Somit sind dieSatellitenlinien auch alternativ aus der (Steuer-) Lasereinrichtung ableitbarund auf die zusätzlicheLasereinrichtung könntesomit verzichtet werden. Im Zeitbild handelt es sich bei den Frequenzkämmen mitleicht unterschiedlichen Linienabstand um zwei Impulszüge mit leichtunterschiedlichen Impulsabständen.Wenn diese Abständein einem rationalen Verhältniszueinander stehen, gibt es eine Zeitspanne, nach dem die relativeImpulsposition reproduziert wird – sozusagen ein zeitlichesMoire. Diese Situation kann auch mit einer sägezahnförmig modulierten Verzögerungs leitungerreicht werden, bei dem die Modulationsperiodendauer mit dem Zeitmoiresynchronisiert wird. Dann steht die langsame Rampe des Sägezahnsfür dieSchwebungsfrequenzmessung des Satelliten, also zur Ordnungszahlbestimmungder Linie, zur Verfügung.Die schnelle Sägezahnrampezur Rückfahrt wirddabei ausgetastet.So longthe uniqueness of the period is maintained, such a managesTracking filter short signal interruptions. Thus, theSatellites also alternatively derived from the (control) laser deviceand on the extraLaser device couldthus be waived. In time picture at frequency combs withslightly different line spacing around two pulse trains with easydifferent pulse intervals.If these distancesin a rational relationshipThere is a period of time after which the relativePulse position is reproduced - so to speak, a temporalMoire. This situation can also with a sawtooth modulated delay linecan be achieved, in which the modulation period with the time moireis synchronized. Then there is the slow ramp of the sawtoothfor theBeat frequency measurement of the satellite, ie for ordinal number determinationthe line, available.The fast saw tooth rampto returnthereby blanked out.
    [0016] Invorteilhafter Weise wird mit dem erfindungsgemäße Verfahren ein Frequenznormalerzeugt, um optische Frequenzen und/oder Frequenzdifferenzen zumessen, optische Trägerfrequenzenin der Synchronisations-Technik zu erzeugen oder die Frequenz desoptischen Frequenznormals zu einer mit elektronischen Mitteln zählbarenMessfrequenz umzusetzen. In der Telekommunikations-Technik ist dieDarstellung eines ITU-Standardgrids mit einem Abstand von 50 bis100 GHz der einzelnen Übertragungskanäle möglich. Durchgeeignete Filter, beispielsweise ein Etalon, kann die Informationfür einen Kanalherausgefiltert werden. Der offset-freie Frequenzkamm ermöglicht alsFrequenznormal ferner alle Möglichkeitenin der Metrologie und Spektroskopie.InAdvantageously, the method according to the invention becomes a frequency standardgenerated to optical frequencies and / or frequency differencesmeasure, optical carrier frequenciesin the synchronization technique or to generate the frequency of theoptical frequency standard to be counted by electronic meansImplement measuring frequency. In the telecommunications technology is theRepresentation of an ITU standard grid with a distance of 50 to100 GHz of the individual transmission channels possible. Bysuitable filters, for example an etalon, can be the informationfor a channelbe filtered out. The offset-free frequency comb allows asFrequency normal furthermore all possibilitiesin metrology and spectroscopy.
    [0017] Bevorzugtwerden die Normalfrequenzen in einer Glasfaser übertragen. Insbesondere beiFrequenzen im Bereich von 1,5 μmist somit eine verlustarme Übertragungmöglich.Prefersthe normal frequencies are transmitted in a glass fiber. Especially atFrequencies in the range of 1.5 micronsis thus a low-loss transmissionpossible.
    [0018] Invorteilhafter Weise könnendie zu übertragendenInformationen den offsetfreien Frequenzen über Amplituden-Modulationenaufgeprägtwerden. Durch die Amplituden-Modulation ist eine Berücksichtigungder Phase der optischen Trägerfrequenzennicht erforderlich.Incan advantageouslythe ones to be transferredInformation about the offset-free frequencies via amplitude modulationsimprintedbecome. Due to the amplitude modulation is consideredthe phase of the optical carrier frequenciesnot mandatory.
    [0019] Eineerfindungsgemäße Lasereinrichtung weistMittel zum Erzeugen eines aus Spektrallinien entsprechend einerVielzahl longitudinaler Moden der Lasereinrichtung zusammengesetztesFrequenzspektrums in Form eines Frequenzkamms mit zueinander äquidistantenSpektrallinien, Mittel zum Aufteilen des Frequenzspektrums der Lichtpulsein zumindest zwei Frequenzbereiche unterschiedlicher Frequenzen,die zueinander einen bestimmten Frequenzabstand aufweisen, und ein nicht-linearesElement füreine Frequenzdifferenzbildung auf, in das Lichtstrahlen mit denentsprechenden Frequenzbereichen überlagert eingestrahlt werden,sodass ein Frequenzkamm mit offset-freien Spektrallinien erzeugtwird, deren Frequenzen jeweils einem ganzzahligen Vielfachen derRepetitionsfrequenz des Frequenzkamms entsprechen und das Frequenzspektrumdes Frequenzkamms mit offset-freien Spektrallinien innerhalb desFrequenzspektrums des Frequenzkamms vor der Frequenzdifferenzbildungliegt.Ahas laser device according to the inventionMeans for generating one of spectral lines corresponding to oneVariety of longitudinal modes of the laser device compositeFrequency spectrum in the form of a frequency comb with mutually equidistantSpectral lines, means for dividing the frequency spectrum of the light pulsesin at least two frequency ranges of different frequencies,which have a certain frequency spacing from one another, and a non-linear oneElement fora frequency difference formation, in the light beams with thebe irradiated superimposed on corresponding frequency ranges,so that a frequency comb is generated with offset-free spectral lineswhose frequencies are each an integer multiple of theRepetitionsfrequenz the frequency comb correspond and the frequency spectrumof the frequency comb with offset-free spectral lines within theFrequency spectrum of the frequency comb before the frequency difference formationlies.
    [0020] DerLaser erzeugt einen Frequenzkamm, dessen Spektrallinien gegenüber demUrsprung leicht verschoben sind. Aus diesem Frequenzspektrum werdenzwei Bereiche unterschiedlicher Frequenzen durch die Mittel zumAufteilen herausgeteilt und anschließend einander überlagert.Diese Überlagerungwird in das nichtlineare Element eingestrahlt und die Frequenzdifferenzbildungführt dazu,dass ein Frequenzkamm aus dem nicht-linearen Element herauskommt,dessen Spektrallinien keine Offsetverschiebung mehr aufweisen. Durchden bestimmten Frequenzabstand liegt der offset-freie Frequenzkamminnerhalb des ursprünglichenFrequenzspektrums.Of theLaser generates a frequency comb whose spectral lines are opposite to theOrigin are slightly shifted. Become from this frequency spectrumtwo areas of different frequencies through the means forSplit out and then superimposed on each other.This overlayis radiated into the non-linear element and the frequency difference formationleads to,that a frequency comb comes out of the non-linear element,whose spectral lines no longer have an offset shift. Bythe determined frequency spacing is the offset-free frequency combwithin the originalFrequency spectrum.
    [0021] Ineiner bevorzugten Ausführungsformder erfindungsgemäßen Lasereinrichtungweisen die Mittel zum Erzeugen des Frequenzkamms einen modengekoppeltenErbium-Faserlaser auf. Dieser Laser erzeugt kurze Lichtpulse vonetwa 1560 nm mit einer Repetitionsrate von 59,1 MHz. Die Lichtpulseweisen die Form einer Gaußfunktionauf und haben eine Dauer von etwa 54 Femtosekunden.Ina preferred embodimentthe laser device according to the inventionthe means for generating the frequency comb have a mode-locked oneErbium fiber laser on. This laser generates short light pulses ofabout 1560 nm with a repetition rate of 59.1 MHz. The light pulseshave the form of a Gaussian functionon and have a duration of about 54 femtoseconds.
    [0022] Beieiner vorteilhaften Ausführungsformder vorliegenden Erfindung weisen die Mittel zum Erzeugen des Frequenzkammseine zwischen dem Laser und dem Mittel zum Aufteilen des Frequenzspektrumsoptisch-nichtlineare Faser auf, in die die Lichtpulse eingestrahltwerden. Die optisch-nichtlineare Faser, beispielsweise eine PCF(photonic crystal fiber) aus SF6, hat die Eigenschaft, das eingestrahlte Frequenzspektrumbzw. den eingestrahlten Frequenzkamm aufgrund ihrer optischen Nicht-Linearität zu verbreitern.Verbreiterung bedeutet in diesem Fall, dass der resultierende, ausgestrahlteFrequenzkamm zusätzlicheSpektrallinien auf weist. Dieser verbreiterte Frequenzkamm wird auchmit Superkontinuum bezeichnet. Der Abstand zwischen den einzelnenSpektrallinien bleibt hierbei unverändert. Das Superkontinuum weistFrequenzen in einer Bandbreite im Bereich über zwei Oktaven auf, beispielsweisevon etwa 400 nm bis über1750 nm.atan advantageous embodimentThe present invention has the means for generating the frequency combone between the laser and the means for dividing the frequency spectrumoptical-nonlinear fiber into which the light pulses are irradiatedbecome. The optically non-linear fiber, for example a PCF(photonic crystal fiber) from SF6, has the property of the irradiated frequency spectrumor widen the radiated frequency comb due to their optical non-linearity.Broadening in this case means that the resulting, radiatedFrequency comb additionalSpectral lines on points. This widened frequency comb will toodesignated supercontinuum. The distance between the individualSpectral lines remain unchanged. The supercontinuum pointsFrequencies in a range in the range over two octaves, for examplefrom about 400 nm to about1750 nm.
    [0023] Einebevorzugte Ausführungsformder erfindungsgemäßen Lasereinrichtungweist als Mittel zum Aufteilen des Frequenzspektrums ein Beugungsgitter auf.Die auf das Beugungsgitter auftreffenden Frequenzen des Frequenzkammswerden entsprechend ihrer Frequenz in unterschiedlichen Winkelngebeugt. Hierdurch wird das Frequenzspektrum in einzelne Frequenzbereicheaufgeteilt. Alternativ denkbar ist auch eine frequenzabhängige Aufteilungdes Lichtpulses durch ein geeignetes Prisma.Apreferred embodimentthe laser device according to the inventionhas a diffraction grating as means for dividing the frequency spectrum.The frequencies of the frequency comb impinging on the diffraction gratingwill be at different angles according to their frequencybent. This turns the frequency spectrum into individual frequency rangesdivided up. Alternatively conceivable is also a frequency-dependent distributionthe light pulse through a suitable prism.
    [0024] Einevorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung siehtvor, dass eine Spiegelanordnung mehrerer Spiegel zwischen dem Mittelzum Aufteilen des Frequenzspektrums und dem nicht-linearen Elementvorgesehen ist, um die Lichtstrahlen erneut zu überlagern. Bevorzugt sind zwischendem Mittel zum Aufteilen des Frequenzspektrums und der Spiegelanordnungzwei gegeneinander verschiebbare Prismen, beispielsweise aus Kronglasoder aus Quarzglas, angeordnet, durch die der Lichtstrahl mit niedrigerFrequenz hindurchläuft. Derdurch das Prismenpaar laufende Lichtstrahl wird dabei geeignet verzögert, sodass die beiden Lichtstrahlen zeitlich abgeglichen sind. Alternativist denkbar, dass die Zeitverzögerungdurch eine geeignete Wegstreckenverlängerung realisiert wird. Dieshätte allerdingsden Nachteil, dass füreine andere Auswahl der Frequenzen der Lichtstrahlen jeweils ein neuerAufbau der Anordnung, insbesondere der Wegstrecke erforderlich ist.Aadvantageous embodiment of the laser device according to the invention seesbefore that a mirror arrangement of several mirrors between the meansfor dividing the frequency spectrum and the non-linear elementis provided to superimpose the light beams again. Preference is given betweenthe means for dividing the frequency spectrum and the mirror arrangementtwo mutually displaceable prisms, for example, from crown glassor of quartz glass, arranged by which the light beam with lowerFrequency passes through. Of thethrough the prism pair current light beam is thereby suitably delayed, sothat the two light beams are timed. alternativeis conceivable that the time delayis realized by a suitable path extension. Thiswould havethe disadvantage that foranother selection of the frequencies of the light rays each a new oneStructure of the arrangement, in particular the distance is required.
    [0025] Einevorteilhafte Ausführungsformder erfindungsgemäßen Lasereinrichtungweist eine Linsenanordnung auf, die die überlagerten Lichtstrahlen fokussiert.Aadvantageous embodimentthe laser device according to the inventionhas a lens arrangement that focuses the superimposed light beams.
    [0026] Bevorzugtist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielder Lasereinrichtung ein Erbium-Verstärker vorgesehen, der den Frequenzkamm verstärkt.Prefersis in an embodiment of the inventionthe laser device an erbium amplifier provided which amplifies the frequency comb.
    [0027] Nachder geeigneten Verstärkungsteht nun ein Frequenzkamm als Frequenznormal für die weitere Verwendung zurVerfügung.After the appropriate reinforcement is now a frequency comb is available as a frequency standard for further use.
    [0028] Invorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Lasereinrichtung verwendetwerden, um optische Frequenzen und/oder Frequenzdifferenzen zu messen,optische Trägerfrequenzenin der Synchronisations-Technik zu erzeugen oder die Frequenz desoptischen Frequenznormals zu einer mit elektronischen Mitteln zählbarenMessfrequenz umzusetzen. In der Telekommunikations-Technik ist dieDarstellung eines ITU-Standardgrids mit einem Abstand von 50 bis100 GHz der einzelnen Übertragungskanäle möglich. Durchgeeignete Filter, beispielsweise ein Etalon, kann die Informationfür einenKanal herausgefiltert werden. Der offsetfreie Frequenzkamm ermöglicht alsFrequenznormal ferner alle Möglichkeitenin der Metrologie und Spektroskopie.InAdvantageously, the laser device according to the invention can be usedbe used to measure optical frequencies and / or frequency differences,optical carrier frequenciesin the synchronization technique or to generate the frequency of theoptical frequency standard to be counted by electronic meansImplement measuring frequency. In the telecommunications technology is theRepresentation of an ITU standard grid with a distance of 50 to100 GHz of the individual transmission channels possible. Bysuitable filters, for example an etalon, can be the informationfor oneChannel are filtered out. The offset-free frequency comb allows asFrequency normal furthermore all possibilitiesin metrology and spectroscopy.
    [0029] Bevorzugtwerden die Normalfrequenzen in einer Glasfaser übertragen. Insbesondere beiNormalfrequenzen im Bereich von 1,5 μm ist somit eine verlustarme Übertragungmöglich.Prefersthe normal frequencies are transmitted in a glass fiber. Especially atNormal frequencies in the range of 1.5 microns is thus a low-loss transmissionpossible.
    [0030] Invorteilhafter Weise könnendie zu übertragendenInformationen den offsetfreien Frequenzen über Amplituden-Modulationenaufgeprägtwerden. Durch die Amplituden-Modulation ist eine Berücksichtigungder Phase der optischen Trägerfrequenzennicht erforderlich.Incan advantageouslythe ones to be transferredInformation about the offset-free frequencies via amplitude modulationsimprintedbecome. Due to the amplitude modulation is consideredthe phase of the optical carrier frequenciesnot mandatory.
    [0031] Nachfolgendwird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diesezeigen in:followingThe present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Theseshow in:
    [0032] 1 eineschematische Skizze einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung; 1 a schematic sketch of a laser device according to the invention;
    [0033] 2 Lichtpulsedes Erbium-Faserlasers aus 1 im Zeitraum; 2 Light pulses of Erbium fiber laser off 1 in the period;
    [0034] 3 dieLichtpulse aus 2 im Frequenzraum; 3 the light pulses off 2 in frequency space;
    [0035] 4 einFrequenzkamm des Superkontinuums aus 1; 4 a frequency comb of the supercontinuum 1 ;
    [0036] 5 einenerfindungsgemäßen Frequenzkammmit Normalfrequenzen. 5 a frequency comb according to the invention with normal frequencies.
    [0037] Inder 1 ist eine erfindungsgemäße Lasereinrichtung schematischskizziert. Die Lasereinrichtung weist zur Erzeugung kurzer Lichtpulseeinen modengekoppelten Erbium-Faserlaser 1 mit einem Ringresonator(nicht dargestellt) auf. Der Aufbau des Lasers 1 kann inBezug auf die Wahl des aktiven Lasermediums und weiterer Laserparameter,beispielsweise Pulsdauer, Leistung und spektrale Zusammensetzungmodifiziert sein. So ist die erfindungsgemäße Lasereinrichtung nicht aufden Einsatz des Erbium-Faserlasers 1 beschränkt, sondernist in entsprechender Weise mit anderen Typen von Lasern zur Erzeugungultrakurzer Lichtpulse, beispielsweise anders dotierte Festkörperlaser,Farbzentrenlaser oder Farbstofflaser, realisierbar. Die Ausführung miteinem kompakten fs-Laser, beispielsweise mit einem Faserlaser odereinem Titan:Saphir-Laser, ist allerdings aufgrund der kompaktenBauweise und des stabilen Betriebs für praktische Anwendungen bevorzugt.In the 1 a laser device according to the invention is schematically sketched. The laser device has a mode-locked erbium fiber laser for generating short light pulses 1 with a ring resonator (not shown). The structure of the laser 1 may be modified with respect to the choice of active laser medium and other laser parameters, such as pulse duration, power, and spectral composition. Thus, the laser device according to the invention is not based on the use of the Erbium fiber laser 1 is limited, but is in a similar manner with other types of lasers for generating ultrashort light pulses, such as differently doped solid state laser, color center laser or dye laser feasible. However, the design with a compact fs laser, such as a fiber laser or a titanium: sapphire laser, is preferred for practical applications because of its compact design and stable operation.
    [0038] Dieerzeugten Lichtpulse werden anschließend in eine optisch-nichtlineareFaser, beispielsweise eine Mikrostruktur-Faser 2, eingekoppelt.Die Mikrostruktur-Faser 2 weist eine Länge von unter einem Meter aufund besitzt als nicht-lineares Medium die besondere Eigenschaft,dass das eingestrahlte Frequenzspektrum durch Selbstphasenmodulationverbreitert wird. Verbreiterung bedeutet in diesem Beispiel, dassder Abstand der Spektrallinien eines eingestrahlten Frequenzkammsbei dem ausgestrahlten Frequenzkamm erhalten bleibt. Das ausgestrahlte Frequenzspektrumweist jedoch zusätzlicheSpektrallinien auf, so dass die Bandbreite des erhaltenen Frequenzspektrumsbis zu überzwei Oktaven reicht. Je nach der Leistung der Lichtpulse kann einespektrale Verbreitung bis hin zum Quasi-Weißlichtkontinuumerzielt werden. Dieses verbreiterte Frequenzspektrum wird auch mitSuperkontinuum bezeichnet.The generated light pulses are then converted into an optically non-linear fiber, for example a microstructure fiber 2 , coupled. The microstructure fiber 2 has a length of less than one meter and, as a non-linear medium, has the special property that the irradiated frequency spectrum is broadened by self-phase modulation. Broadening means in this example that the distance of the spectral lines of a radiated frequency comb is retained in the radiated frequency comb. However, the emitted frequency spectrum has additional spectral lines, so that the bandwidth of the obtained frequency spectrum extends to more than two octaves. Depending on the power of the light pulses, a spectral spread up to the quasi-white light continuum can be achieved. This broadened frequency spectrum is also called supercontinuum.
    [0039] Daserzeugte Superkontinuum fälltauf einen Spektralteiler bzw. Mittel 3 zum Aufteilen desFrequenzspektrums, der in dem Beispiel der 1 als Beugungsgitterausgebildet ist. Das Beugungsgitter teilt den einfallenden Lichtstrahlmit dem vollständigenFrequenzspektrum in mehrere Frequenzbereiche auf. Die mehreren voneinandergetrennten Spektralbereiche werden in unterschiedliche Raumrichtungenvon dem Beugungsgitter gebeugt. Von den mehreren Spektralbereichensind in der 1 zwei Spektralbereiche alsLichtstrahlen 4 und 5 mit den zugeordneten Frequenzen ω1 und ω2 dargestellt.In den Raumrichtungen zwischen diesen ausgewählten Lichtstrahlen 4 und 5 liegenweitere Lichtstrahlen mit den zwischen ω1 und ω2 liegenden Frequenzen.The generated supercontinuum falls on a spectral divider or means 3 for dividing the frequency spectrum, which in the example of 1 is designed as a diffraction grating. The diffraction grating divides the incident light beam with the complete frequency spectrum into several frequency ranges. The several separated spectral regions are diffracted in different spatial directions by the diffraction grating. Of the several spectral ranges are in the 1 two spectral regions as light rays 4 and 5 represented with the associated frequencies ω1 and ω2. In the spatial directions between these selected beams 4 and 5 are more light rays with the lying between ω1 and ω2 frequencies.
    [0040] DerLichtstrahl 4 mit der Frequenz ω1 durchläuft eine Prismenanordnung 6 auszwei gegeneinander verschiebbaren Prismen. Durch das gegeneinanderVerschieben der beiden Prismen wird die Wegstrecke des Teilstrahls 4 verändert, sodass eine Zeitverzögerungfür diesenLichtstrahl mit dem entsprechenden Frequenzanteil eingestellt werdenkann.The light beam 4 with the frequency ω1 undergoes a prism arrangement 6 from two mutually displaceable prisms. By moving against each other of the two prisms, the distance of the partial beam 4 changed, so that a time delay for this light beam can be adjusted with the appropriate frequency component.
    [0041] Inder 1 ist ferner eine Spiegelanordnung mit einem erstenSpiegel 7 zur Umlenkung des Lichtstrahls 5 undeinem zweiten Spiegel 8 zur Umlenkung des Lichtstrahls 4 dargestellt.Die Spiegel 7 und 8 sind derart ausgerichtet,dass die beiden Lichtstrahlen 4, 5 einander überlagertwerden. Damit dies in dem dargestellten Aufbau möglich ist, ist der zweite Spiegel 8 teildurchlässig. Aufdie Spiegel 7 und 8 auftreffende Lichtstrahlenbenachbarter Spektralbereiche, die nur geringfügig von den Frequenzen ω1 und ω2 abweichen,werden ebenfalls an den Spiegeln 7 und 8 reflektiert.Da sie aber mit einem anderen Einfallswinkel auftreffen, werdensie nicht überlagert.In the 1 is also a mirror assembly with a first mirror 7 for deflecting the light beam 5 and a second mirror 8th for deflecting the light beam 4 shown. The mirror 7 and 8th are aligned so that the two light radiate 4 . 5 superimposed on each other. For this to be possible in the illustrated construction, the second mirror is 8th partially transparent. On the mirror 7 and 8th incident light beams of adjacent spectral regions which deviate only slightly from the frequencies ω1 and ω2, are also at the mirrors 7 and 8th reflected. But since they hit with a different angle of incidence, they are not superimposed.
    [0042] Dieeinander überlagertenLichtstrahlen 4 und 5 durchlaufen anschließend eineLinsenanordnung 9 mit zwei Linsen 9a, 9b,zwischen denen ein nicht lineares Element 10 angeordnetist. Die Linsen 9a und 9b dienen der Fokussierungder überlagerten Lichtstrahlen 4 und 5.Das nicht lineare Element 10 ist ein Kristall, in dem dieDifferenzbildung der Frequenzen ω1und ω2der beiden Lichtstrahlen 4 und 5 durchgeführt wird.Der Kristall kann beispielsweise ein Lithium-Borat- oder ein Barium-Borat-Kristall (BBO)sein. Ferner ist auch ein PPLN- Kristall (Periodically Poled Lithium-NiobateCrystal) denkbar.The superimposed beams of light 4 and 5 then go through a lens assembly 9 with two lenses 9a . 9b between which a nonlinear element 10 is arranged. The lenses 9a and 9b serve to focus the superimposed light beams 4 and 5 , The non-linear element 10 is a crystal in which the difference of the frequencies ω1 and ω2 of the two light beams 4 and 5 is carried out. The crystal may be, for example, a lithium borate or a barium borate crystal (BBO). Furthermore, a PPLN crystal (Periodically Poled Lithium Niobate Crystal) is conceivable.
    [0043] Hinterder Linse 9b tritt nun folglich ein Lichtpuls mit einemFrequenzkamm aus, der offset-frei gebildet ist. Da die Lichtintensität diesesLichtpulses gering ist, wird der Lichtpuls durch einen Erbium-Verstärker 11 für weitereAnwendungen verstärkt.Behind the lens 9b Consequently, a light pulse now emerges with a frequency comb which is formed offset-free. Since the light intensity of this light pulse is low, the light pulse is through an erbium amplifier 11 reinforced for further applications.
    [0044] ImFolgenden wird die Funktionsweise der Laseranordnung aus 1 anhandder 2 bis 5 erläutert. In der 2 sindzwei Lichtpulse 12 und 13 des Erbium-Lasers 1 (aus 1)im Zeitraum dargestellt. Die Lichtpulse 12 und 13 weisennur einige wenige Lichtzyklen auf. Jeder der Lichtpulse 12 bzw. 13 weisteine Einhüllende 14 bzw. 15 auf.Der Abstand der Maxima der beiden Einhüllenden 14 bzw. 15 derLichtpulse 12 bzw. 13 beträgt Δt. Aufgrund von Dispersionseigenschaftensind Phasen- und Gruppengeschwindigkeit bei den Lichtpulsen 12 und 13 nichtidentisch. Dies kann dazu führen,dass, wie bei dem Lichtpuls 12 gezeigt wird, das Maximum desLichtpuls 12 von dem Maximum der entsprechenden Einhüllenden 14 umden Betrag Φceo abweicht. Diese Abweichung wird auchals carrier-envelope Offset bezeichnet.Im Allgemeinen zeigt Φceo eine lineare Zeitabhängigkeit, die die Größe von fceo bestimmt. Es gilt dabei:
    [0045] Inder 3 ist das Frequenzspektrum der beiden Lichtpulse 12, 13 (2)im Frequenzraum dargestellt. Die das Frequenzspektrum der Lichtpulse 12, 13 bildendenFrequenzen sind Spektrallinien, die zueinander äquidistant sind, also einenFrequenzkamm 16 bilden. Der Abstand frep zweier äquidistanterSpektrallinien, auch mit Repititionsrate des Frequenzkamms bezeichnet,entspricht dem reziproken Wert des zeitlichen Abstandes Δt der Lichtpulse 12 und 13.In the 3 is the frequency spectrum of the two light pulses 12 . 13 ( 2 ) in the frequency domain. The frequency spectrum of the light pulses 12 . 13 forming frequencies are spectral lines that are equidistant to each other, so a frequency comb 16 form. The distance f rep of two equidistant spectral lines, also denoted by the repetition rate of the frequency comb, corresponds to the reciprocal value of the time interval Δt of the light pulses 12 and 13 ,
    [0046] Derin der 2 dargestellte carrier-envelope offset findetsich in der 3 als Verschiebung des gesamtenFrequenzkamms 16, d. h. aller einzelnen Spektrallinien,um den Betrag der Offset-Frequenz fceo wieder.Der in der 3 gezeigt Frequenzkamm 16 wirdin die Mikrostruktur-Faser 2 (aus 1) eingestrahlt.Wie vorstehend bereits genannt, wird das Frequenzspektrum des Superkontinuums, dasdie Mikrostruktur-Faser 2 anschließend verlässt, verbreitert, d. h. eswerden zusätzlicheSpektrallinien dem Frequenzspektrum hinzugefügt. Der resultierende Frequenzkamm 17 desSuperkontinuums ist in der 4 gezeigt.The Indian 2 illustrated carrier-envelope offset is found in the 3 as a shift of the entire frequency comb 16 , ie all individual spectral lines to the amount of offset frequency f ceo again. The Indian 3 shown frequency comb 16 gets into the microstructure fiber 2 (out 1 ). As already mentioned above, the frequency spectrum of the supercontinuum, which is the microstructure fiber 2 then leaves, widened, ie additional spectral lines are added to the frequency spectrum. The resulting frequency comb 17 the supercontinuum is in the 4 shown.
    [0047] Diein der 1 dargestellten Lichtstrahlen 4 bzw. 5 entsprechenjeweils den Frequenzbereichen ω1und ω2in der 4. Die Frequenzbereiche ω1 und ω2 werden voneinander abgezogen.Das Ergebnis dieser Frequenzdifferenzbildung ω2–ω1 ist in der 5 gezeigt.Wenn der Abstand zwischen den beiden Frequenzen ω1 und ω2 mindestens eine Oktave beträgt, d.h. ω2 ist mindestensdoppelt so groß wie ω1, so liegtdie Differenzfrequenz ω2–ω1 innerhalb desursprünglichenFrequenzkamms 17 aus 4.The in the 1 illustrated light rays 4 respectively. 5 correspond respectively to the frequency ranges ω1 and ω2 in the 4 , The frequency ranges ω1 and ω2 are subtracted from each other. The result of this frequency difference formation ω2-ω1 is in the 5 shown. If the distance between the two frequencies ω1 and ω2 is at least one octave, ie ω2 is at least twice as large as ω1, then the difference frequency ω2-ω1 lies within the original frequency comb 17 out 4 ,
    [0048] DieSpektrallinien des Frequenzkamms 17 aus der 4 weisenalle noch einen vom Ursprung abweichenden Offset-Betrag fceo auf. Das Frequenzspektrum des Frequenzkamms 18 inder 5 ist hingegen aus Spektrallinien gebildet, dieein ganzzahliges Vielfaches der Repetitionsfrequenz frep sind. DerFrequenzkamm 18 ist offset-frei. Die offset-freien Frequenzenkönnendaher als Normal fürpräzise Messungenverwendet werden.The spectral lines of the frequency comb 17 from the 4 all still have an offset from the origin offset amount f ceo . The frequency spectrum of the frequency comb 18 in the 5 is on the other hand formed of spectral lines which are an integer multiple of the repetition frequency f rep . The frequency comb 18 is offset-free. The offset-free frequencies can therefore be used as normal for precise measurements.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1]
    Verfahren zum Erzeugen eines Frequenzspektrumsin Form eines Frequenzkamms, bei dem kurze Lichtpulse erzeugt werden,die jeweils ein aus Spektrallinien entsprechend einer Vielzahl longitudinaler Modeneiner Lasereinrichtung zusammengesetztes Frequenzspektrum in Formeines Frequenzkamms mit zueinander äquidistanten Spektrallinienaufweisen, und bei dem eine Frequenzdifferenzbildung derart durchgeführt wird,dass Spektrallinien niedriger Frequenzen von Spektrallinien höherer Frequenzen abgezogenwerden, sodass ein Frequenzkamm mit offset-freien Spektrallinienerzeugt wird, deren Frequenzen jeweils einem ganzzahligen Vielfachender Repetitionsfrequenz des Frequenzkamms entsprechen, dadurchgekennzeichnet, dass die Spektrallinien höherer Frequenzen zu den Spektrallinienniedriger Frequenzen einen Frequenzabstand aufweisen, der mindestenseiner Oktave entspricht, sodass das Frequenzspektrum des Frequenzkammsmit offset-freien Spektrallinien innerhalb des Frequenzspektrumsdes Frequenzkamms vor der Frequenzdifferenzbildung liegt.A method for generating a frequency spectrum in the form of a frequency comb, in which short light pulses are generated, each having a frequency spectrum composed of spectral lines corresponding to a plurality of longitudinal modes of a laser device in the form of a frequency comb with mutually equidistant spectral lines, and wherein a frequency difference formation is performed such that spectral lines of low frequencies are subtracted from spectral lines of higher frequencies, so that a frequency comb is generated with offset-free spectral lines whose frequencies each correspond to an integer multiple of the repetition frequency of the frequency comb, characterized in that the spectral lines of higher frequencies have a frequency spacing corresponding to at least one octave to the spectral lines of low frequencies, so that the frequency spectrum of the frequency comb with offset-free spectral lines within the frequency spectrum of the frequency comb before the frequency difference referencing lies.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Spektrallinien höhererFrequenzen zu den Spektrallinien niedriger Frequenzen einen Frequenzabstandaufweisen, der im Wesentlichen zwei Oktaven entspricht, sodass dasFrequenzspektrum des Frequenzkamms mit offset-freien Spektrallinienin etwa der Mitte des Frequenzspektrums des Frequenzkamms vor derFrequenzdifferenzbildung liegt.Method according to claim 1, characterized in thatthat the spectral lines are higherFrequencies to the spectral lines of low frequencies a frequency spacingsubstantially equal to two octaves, so that theFrequency spectrum of the frequency comb with offset-free spectral linesin about the middle of the frequency spectrum of the frequency comb before theFrequency difference formation is.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Frequenzkamm vor der Frequenzdifferenzbildung Frequenzenim Bereich von etwa 100 THz bis 400 THz aufweist.Method according to claim 1 or 2, characterizedthat the frequency comb before the frequency difference formation frequenciesranging from about 100 THz to 400 THz.
    [4]
    Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Frequenzkamm vor der Frequenzdifferenzbildung Frequenzenim Bereich von etwa 150 THz bis 350 THz aufweist.Method according to claim 3, characterizedthat the frequency comb before the frequency difference formation frequenciesranging from about 150 THz to 350 THz.
    [5]
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zur Markierung einer einzelnen Spektralliniedie Lasereinrichtung mit einer zusätzlichen Lasereinrichtung gekoppeltwird und die jeweiligen Repetitionsfrequenzen voneinander verschiedensind.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that for marking a single spectral linethe laser device is coupled to an additional laser deviceand the respective repetition frequencies differ from each otherare.
    [6]
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Frequenznormal erzeugt wird, um optischeFrequenzen und/oder Frequenzdifferenzen zu messen.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that a frequency normal is generated to opticalTo measure frequencies and / or frequency differences.
    [7]
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass optische Trägerfrequenzenfür dieTelekommunikations-Technik erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that optical carrier frequenciesfor theTelecommunications technology are generated.
    [8]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Frequenzen des optischen, offset-freien Frequenzkamms zueiner mit elektronischen Mitteln zählbaren Messfrequenz umgesetztwerden.Method according to one of claims 1 to 6, characterizedthat the frequencies of the optical, offset-free frequency comb tooa metered by electronic means measuring frequency implementedbecome.
    [9]
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die offset-freien Frequenzen in einer Glasfaser übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the offset-free frequencies are transmitted in a glass fiber.
    [10]
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass eine zu übertrageneInformation den offset-freien Frequenzen über Amplituden-Modulation aufgeprägt wird.Method according to claim 9, characterized in thatthat one to be transferredInformation is impressed on the offset-free frequencies via amplitude modulation.
    [11]
    Lasereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einemder vorstehenden Ansprüche mit: – Mittelzum Erzeugen eines aus Spektrallinien entsprechend einer Vielzahllongitudinaler Moden der Lasereinrichtung zusammengesetztes Frequenzspektrumsin Form eines Frequenzkamms mit zueinander äquidistanten Spektrallinien, – Mittel(3) zum Aufteilen des Frequenzspektrums des Frequenzkammsin zumindest zwei Frequenzbereiche unterschiedlicher Frequenzen(ω1, ω2), die zueinandereinen bestimmten Frequenzabstand aufweisen, – einemnicht-linearen Element (10) für eine Frequenzdifferenzbildung,in das Lichtstrahlen (4, 5) mit den entsprechendenFrequenzbereichen (ω1, ω2) überlagerteingestrahlt werden, sodass ein Frequenzkamm mit offset-freien Spektrallinienerzeugt wird, deren Frequenzen jeweils einem ganzzahligen Vielfachender Repetitionsfrequenz des Frequenzkamms entsprechen und das Frequenzspektrumdes Frequenzkamms mit offset-freien Spektrallinien innerhalb desFrequenzspektrums des Frequenzkamms vor der Frequenzdifferenzbildungliegt.Laser device for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising: - means for generating a frequency spectrum composed of spectral lines corresponding to a plurality of longitudinal modes of the laser device in the form of a frequency comb with mutually equidistant spectral lines, - means ( 3 ) for dividing the frequency spectrum of the frequency comb into at least two frequency ranges of different frequencies (ω1, ω2), which have a certain frequency spacing from each other, - a non-linear element ( 10 ) for frequency difference formation into which light rays ( 4 . 5 ) are irradiated superimposed with the corresponding frequency ranges (ω1, ω2), so that a frequency comb is generated with offset-free spectral lines whose frequencies each correspond to an integer multiple of the repetition frequency of the frequency comb and the frequency spectrum of the frequency comb with offset-free spectral lines within the frequency spectrum of Frequency comb before the frequency difference formation is.
    [12]
    Lasereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zum Erzeugen des Frequenzkamms einen modengekoppelterErbium-Faserlaser(1) aufweisen, der kurze Lichtpulse erzeugt.Laser device according to Claim 11, characterized in that the means for generating the frequency comb comprise a mode-locked erbium fiber laser ( 1 ), which generates short light pulses.
    [13]
    Lasereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurchgekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen des Frequenzkamms einezwischen dem La ser (1) und dem Mittel (3) zumAufteilen des Frequenzspektrums angeordnete optisch-nichtlineareFaser aufweisen, die einen verbreiterten Frequenzkamm (17)erzeugt.Laser device according to claim 11 or 12, characterized in that the means for generating the frequency comb one between the La ser ( 1 ) and the means ( 3 ) for splitting the frequency spectrum arranged optical non-linear fiber having a widened frequency comb ( 17 ) generated.
    [14]
    Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) zum Aufteilendes Frequenzspektrums ein Beugungsgitter ist.Laser device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the means ( 3 ) is a diffraction grating for dividing the frequency spectrum.
    [15]
    Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spiegelanordnung mehrererSpiegel (7, 8) zwischen dem Mittel (3)zum Aufteilen des Frequenzspektrums und dem nichtlinearen Element(10) vorgesehen ist, um die Lichtstrahlen (4, 5)zu überlagern.Laser device according to one of claims 11 to 14, characterized in that a mirror arrangement of a plurality of mirrors ( 7 . 8th ) between the means ( 3 ) for dividing the frequency spectrum and the nonlinear element ( 10 ) is provided to the light beams ( 4 . 5 ) to superimpose.
    [16]
    Lasereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen dem Mittel (3) zum Aufteilen des Frequenzspektrumsund dem Spiegel (8) zwei gegeneinander verschiebbare Prismen(6) vorgesehen sind, durch die der Lichtstrahl (4)mit niedrigerer Frequenz (ω1)durchläuft.Laser device according to claim 15, characterized in that between the means ( 3 ) for dividing the frequency spectrum and the mirror ( 8th ) two mutually displaceable prisms ( 6 ) are provided, through which the light beam ( 4 ) passes through at a lower frequency (ω1).
    [17]
    Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linsenanordnung (9)vorgesehen ist, die die überlagertenLichtstrahlen (4, 5) fokussiert.Laser device according to one of claims 11 to 16, characterized in that a lens arrangement ( 9 ) is provided, the superimposed light beams ( 4 . 5 ) focused.
    [18]
    Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erbium-Verstärker (11)vorgesehen ist, der den Frequenzkamm (18) verstärkt.Laser device according to one of claims 11 to 17, characterized in that a Erbi um amplifier ( 11 ) is provided, the frequency comb ( 18 ) strengthened.
    [19]
    Verwendung einer Lasereinrichtung gemäß einemder Ansprüche11 bis 18 zur Erzeugung eines Frequenznormals, um optische Frequenzen und/oderFrequenzdifferenzen zu messen.Use of a laser device according to athe claims11 to 18 for generating a frequency standard to optical frequencies and / orTo measure frequency differences.
    [20]
    Verwendung einer Lasereinrichtung gemäß einemder Ansprüche11 bis 18 zur Erzeugung optischer Trägerfrequenzen für die Telekommunikations-Technik.Use of a laser device according to athe claims11 to 18 for generating optical carrier frequencies for the telecommunications technique.
    [21]
    Verwendung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,die offset-freien Frequenzen in einer Glasfaser übertragen werden.Use according to one of claims 19 or 20, characterizedthe offset-free frequencies are transmitted in a fiber.
    [22]
    Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass eine zu übertrageneInformation den offset-freien Frequenzen über Amplituden-Modulation aufgeprägt wird.Use according to claim 21, characterizedthat one to be transferredInformation is impressed on the offset-free frequencies via amplitude modulation.
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