Stabilisierte Zweiwellenlängen-Zweifrequenzlaser auf Nd:YAG Basis für die brechzahlkorrigierte interferometrische Längenmessung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273245890

Bei zahlreichen interferometrischen Messaufgaben ist eine Kompensation der Luftbrechzahl derzeit nicht im ausreichenden Maße möglich oder mit einem unverhältnismäßig hohen gerätetechnischen Aufwand verbunden. Die Zweiwellenlängenmethode war lange Zeit Gegenstand intensiver Untersuchungen, scheitert aber bis heute an der Verfügbarkeit einer geeigneten Laserquelle. In dem vorliegenden Antrag soll dieses Defizit durch die Kombination verschiedener physikalischer Ansätze zur Erzeugung von zwei Wellenlängen mit jeweils zwei Frequenzen aus einem Nd:YAG-Laser und der damit möglichen einfachen Stabilisierung beseitigt werden. Der fotoelastische Effekt bei Nd:YAG-Kristallen wurde bisher intensiv für die Anwendung als Kraftsensor mit einer Linearität über 12 Dekaden untersucht. Im vorliegenden Antrag soll nun umgekehrt mit Hilfe piezoelektrischer Kraftbeaufschlagung eine konstante Beatfrequenz der dabei entstehenden orthogonal polarisierten Lasermoden geregelt werden. Damit können diese beiden Moden im zweiten Schritt zur 2-Modenstabilisierung, wie sie seit langem bei He-Ne-Lasern angewendet wird, hier aber auf einem ungesättigten Absorptionspeak einer Gas-Absorptionszelle verwendet werden. Diese Art der Frequenzstabilisierung verspricht deutlich bessere relative und absolute Stabilitäten (Ziel: < 10-9) als die bisher verwendete "Side of fringe"- Technik. Gleichzeitig ist das vorgeschlagene Konzept deutlich einfacher als Stabilisierungsverfahren auf gesättigte Absorptionslinien. Dabei stellt die erforderliche Entkopplung der mechanisch-optisch verkoppelten Regelkreise von Beat- und Absolutfrequenz-Regelung eine Aufgabe mit besonders hohen wissenschaftlichen Anspruch dar. Die kraftgeregelte Beatfrequenz, die die Voraussetzung für die 2-Modenstabilisierung bildet, kann nunmehr im Interferometer direkt für die Heterodyntechnik verwendet werden. Die seit langem bei den Nd:YAG-Lasern verwendete Frequenzverdopplung mittel KTP-Kristall ergibt schließlich die für das Zweiwellenlängenverfahren erforderliche synchron zu den 1064 nm stabilisierte Wellenlänge bei 532 nm, automatisch ebenfalls mit geregelter Beatfrequenz.Zielstellung des Projekts ist die Schaffung der wissenschaftlich-technischen Grundlagen für die Realisierung von preiswerten, für die industrielle Messtechnik tauglichen, stabilisierten Zweiwellenlängen-Zweifrequenzlaser mit einer absoluten Frequenzunsicherheit von 10-9 mit der potenzieller Eignung für eine ganze Reihe von Anwendungen der brechzahlkompensierten interferometrischen Längenmessung, insbesondere zur Unterdrückung des Effektes von Luftturbulenzen bei der "Long baseline"-Interferometrie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen