CN107567670A - 使光频梳稳定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行激光器装置(1)的方法，通过该方法可以稳定光频梳，所述光频梳的模式的频率能够通过式子f_m＝m x f_rep+f₀来描述，其中f_rep是模式间距、f₀是偏置频率和m是自然数。确定至少一个信号(S1，S2，S3，S4)，所述信号与自由度(F)的实际值相关联，其中所述自由度(F)是由所述光频梳的偏置频率f₀和模式间距f_rep构成的线性组合。利用第一控制单元(10)基于所述信号将所述自由度(F)的实际值设定到第二控制单元(40)的预定的采集范围(ΔF_Einfang)中。一旦达到所述第二控制单元(40)的采集范围(ΔF_Einfang)，则激活所述第二控制单元(40)，以及借助所述第二控制单元(40)将所述实际值调节到期望值(F_Soll)。

Description

使光频梳稳定

技术领域

本发明涉及光频梳的领域。如在下文中介绍的那样，根据本发明的方法可以用于使光频梳稳定。

已知地，光频梳可以通过提供短的或超短的激光脉冲来产生。这种激光脉冲可以具有在皮秒或飞秒的范围中的脉冲持续时间。当然也可考虑更大的或者更小的脉冲持续时间，例如在阿秒到微秒范围中的脉冲持续时间。

在频域中，激光脉冲的序列可以作为频率梳来表示。图2示出了作为频率梳的这种视图，其中比照频率f绘出了光强度I。频率梳包括在离散光频率f_m下的的模式。强度曲线的包络部可以在产生激光脉冲的激光介质的强度带宽之内。该包络部的宽度与激光脉冲的脉冲持续时间成反比。

背景技术

已知地，光频梳的模式的频率可以一般而言通过式子f_m＝m x f_rep+f₀来描述，其中m为自然数并且f_rep和f₀具有频率的单位。如从该式子和图2所得知的那样，光频梳的相邻的模式的频率具有间距f_rep，该间距称作频率梳的模式间距。当该频率梳对应于在谐振器中传播的激光脉冲时，模式间距f_rep相应于振荡器的脉冲重复频率(＝repetitionsrate)，即相应于在振荡器中的脉冲的传播时间的导数。

频率梳的模式在正常情况下并不准确地在f_rep的整数倍处。如从上面的式子和图2中可看到的那样，频率梳可以偏移了偏置频率f₀。当然也可考虑如下情况：f₀等于零并且由此频率梳的模式在f_rep的整数倍处。对于在谐振器中传播的激光脉冲，偏置频率f₀的存在的原因会是，在振荡器中传播的脉冲的波群速度不同于脉冲的各个模式的相位速度。

本领域技术人员得出，频率梳的模式通过式子f_m＝m x f_rep+f₀的描述是理想化的视图。实际频率梳的模式可以具有在频域中的有限的宽度。

光频梳例如使用在光谱学的领域中，尤其原子中的电子跃迁的光谱学的领域中，或用于非常精确的频率测量。对于这些应用，重要的是，可以使频率梳稳定。“使频率梳稳定”在本发明的意义下指的是使频率梳的模式中的至少一个模式的位置稳定。主动稳定会是必需的，因为模式间距f_rep和偏置频率f₀会对外部影响极其敏感地做出反应。对于在谐振器中的激光脉冲，谐振器长度的微小改变并且由此重复率已导致频率梳的模式间距f_rep的改变。例如谐振器中的色散特性的改变会导致偏置频率f₀的改变。

在DE 199 11 103 A1和DE 100 44 404 A1中公开了通过调节两个参数偏置频率f₀和模式间距f_m使光频梳稳定。DE 199 11 103 A1公开了，经由可移动的偏转镜改变谐振器长度，以便调节频率梳的模式间距。此外公开了，经由将谐振器端面镜倾斜或将棱镜对引入谐振器的光路中来设定偏置频率。

在提供频率梳之后，频率梳的参数(偏置频率f₀和模式间距f_rep)会是不确定的。通常，直接在提供频率梳之后，这些参数中的至少一个会是不确定的。即使在频率梳运行期间，这些参数中的至少一个会是不确定的或不能确定，例如通过改变物理边界条件。

已知的用于使频率梳稳定的调节回路只能不可靠地激活。这原因在于，只有当频率梳的一个参数已经(随机)处于调节回路的特性限定的区域中时，传统的调节回路能使频率梳的该参数稳定。要不然，调节回路典型地开始振荡，趋向于其调节区域的末端或基于噪声信号控制频率梳。

因此，本发明的任务是提供一种用于运行激光器装置的方法，利用该方法可以简单且可靠地使频率梳稳定。

发明内容

该任务通过根据权利要求1所述的方法来解决。从属权利要求给出了本发明的有利的实施形式。

频率梳例如通过飞秒激光器(Fs激光器)产生，尤其是通过Fs光纤激光器产生。频率梳例如可以在谐振器尤其微型谐振器中或借助光学参数振荡器(OPO)产生。也可考虑，通过连续波激光(EOM(Elektro-optischer Modulator(电光调制器)))梳的调制、相位和频率调制器的组合或通过光整流产生频率梳。使用差分频率梳，如在US 6 724 788 B1描述的那样同样可考虑。频率梳也可以以其他方式来提供。此外，可考虑的是，所使用的频率梳随后通过AOM(声光调制器)或EOM来改变。

根据本发明提供一种光频梳，该光频梳具有多个模式，所述模式的频率可以通过式子f_m＝m x f_rep+f₀来描述。该频率梳现在要被稳定。为此，确定至少一个信号，所述信号与频率梳的自由度F的实际值相关联。频率梳的自由度F根据本发明是由频率梳的偏置频率f₀与模式间距f_rep构成的线性组合。自由度F于是可以通过如下式子来表达：F＝v x f_rep+w xf₀+c，其中v和w是实数并且c具有频率的单位。在此仅可以排除如下情况，v和w同时等于零。在本发明的范围中明确地包括该情况：F＝f_rep(即v＝1，w＝c＝0)和F＝f₀(w＝1，v＝c＝0)。自由度F在任何情况下都表征频率梳或频率梳的特性。为了全面描述频率梳，需要至少一个自由度F。

根据本发明，第一输入信号被传送给第一控制单元，所述第一输入信号包含在至少一个信号的集合中。有利地，也可以将多个第一输入信号传送给第一控制单元，所述第一输入信号分别包含在至少一个信号的集合中。

根据本发明，基于所传送的至少一个第一输入信号，利用第一控制单元以便在在第二控制单元的预定的采集范围中调节自由度的实际值。这是在实际使实际值稳定前置的步骤，该步骤确保，相应的调节回路介入。于是通过第二控制单元进行实际稳定。

当实际值在第二控制单元的采集范围中时，激活第二控制单元。实际值是否在采集范围中例如可以通过重新测定自由度的实际值来确定。

如果激活第二控制单元，则实际值借助预定的期望值来调节。由此使频率梳稳定。根据具体的所选择的自由度F可以确定适合于特定的应用的期望值。在此为了成功的稳定，自由度的实际值并不一定必须与期望值精确地相一致。自由度的实际值被保持在围绕期望值的确定的范围中就足够了。在此，期望值可以选择为使得频率梳的模式间距f_rep例如稳定在大约250MHz的范围中和/或偏置频率f₀稳定在0和125MHz之间的范围中。稳定可以进行为，使得实际值除了几赫兹之外与实际值相等，例如除了最高2Hz、5Hz、10Hz、20Hz、50Hz或100Hz之外，或使得实际值与期望值的偏差小于1％、小于3％、小于5％或小于10％是允许的。如果自由度F对应于频率梳的模式间距f_rep，则可以进行稳定，使得实际值除了1mHz或5mHz之外与期望值相同。如果自由度F对应于频率梳的偏置频率f₀，则可以进行稳定，使得实际值除了1Hz或5Hz之外与期望值相同。与期望值的一致性可以在一定的积分时间之内被评估，例如在一秒或数秒中。

根据本发明，于是利用两级方法来运行激光器装置。借助第一控制单元使自由度的实际值置于第二控制单元的预定的采集区域中。这样确保了，第二控制单元能够将实际值可靠地调节到期望值。原理上，作为第二控制单元可以使用已知的用于使频率梳稳定的系统。通过根据本发明的方法于是确保了，可以通过第二控制单元可靠地激活调节并且快速地功能就绪。

至少一个第二输入信号可以被传送给第二控制单元，所述第二输入信号包含在至少一个信号的集合中，即与自由度的实际值相关联。有利地，第二控制单元包括单个的第二调节回路或多个第二调节回路，和/或基于至少一个第二输入信号控制一个或多个执行器。

在此可考虑的是，每个第二调节回路关联有恰好一个执行器。替选地，执行器也可以由多个第二调节回路控制。有利地，所有第二调节回路基于包含在至少一个信号的集合中的单个第二输入信号控制一个或多个执行器。单个的第二输入信号于是地被第二调节回路共同使用。这样，可以简化对频率梳的稳定，因为要测量的信号的数量最大程度地减小。即使在仅使用单个的第二输入信号时，在第二控制单元之内可以实现多个调节级，以便实现尽可能快速的调节，同时提供宽的动态范围和宽的调节范围。也可考虑的是，每个第二调节回路都具有自己的第二输入信号。

第二调节回路可以级联。在此，前置的第二调节回路可以将后置的第二调节回路置于或保持在其调节范围中。尤其是，在级联中，前置的第二调节回路相较于后置的调节回路具有更粗略的调节精度。这可以通过对执行器或者所使用的第二输入信号的合适选择来实现。有利地，级联的第二调节回路可以对不同的执行器进行访问，这些执行器可以具有不同的调节精度。

第二调节回路连带所关联的执行器可以设计为，其能够可靠地将自由度的实际值调节到预定的期望值，只要实际值处于第二控制单元的采集范围中。采集范围可以通过第二控制单元的多个特性来限定。当例如作为第二控制单元的执行器使用用于使谐振器反射镜移动的压电调节元件时，采集范围可以通过压电调节器的受限的运动路径来限制。也可考虑的是，用于稳定的指令信号(例如，在相关的第二输入信号与自由度的预设的期望值之间的差)在确定的范围之外受到极大衰减，使得不能稳定。也可考虑的是，用于稳定的第二输入信号在探测范围之外。这尤其在想要调节频率梳的偏置频率f₀时会是有问题的。

第二调节回路不仅可以包含相位调节回路(所谓的锁相环)而且可以包含频率调节回路，如其在调节技术中公知的那样。它们不仅可以以电子电路的形式而且可以以软件形式实现。

为了将自由度的实际值置于第二控制单元的采集范围中，第一控制单元可以包括多个第一调节回路。有利地，这些第一调节回路可以彼此顺序地使用。在一个简单的实施形式中也可考虑的是，第一控制单元仅仅包括第一调节回路。

为了调节实际值，第一调节回路可以使用至少一个第一输入信号。可考虑的是，至少一个第一输入信号包括第二输入信号。由此，本来就设置的测量装置可以一起用于确定第一控制单元的第二输入信号。有利地，至少一个第一输入信号包括至少一个信号，所述信号并不被第二控制单元使用。这样的第一输入信号合理地相较于由第二控制单元所使用的信号在较大的范围中是可测量的。伴随对测量范围的放大通常出现测量分辨率的某种劣化。然而，在利用第一控制单元将自由度的实际值仅必须置于第二控制单元的采集范围中之后，这对于第一控制单元而言会是可接受的。对于由第一控制单元使用的信号而言，更宽的探测范围相较于高分辨率而言更为重要，因为这样也能够探测自由度的距期望值甚远的实际值并且能够将其置于第二控制单元的采集范围中。

有利的是，第一控制单元选择性地激活一个或多个第二调节回路。一旦实际值处于采集范围中，则通过第二控制单元的调节可以直接由第一控制单元激活。有利地，多个第二调节回路可以分开地被激活。这样，可以分别激活视情况最为合适的第二调节回路。也可考虑的是，将所有或多个第二调节回路一起激活，例如在所述调节回路级联时。

第一控制单元可以包括状态机，所述状态机可以设计用于激活第二调节回路。状态机也可以协调第一调节回路的顺序使用。为此，状态机可以被输送至少一个所测量的信号。通过使用状态机可以进一步使根据本发明的方法自动化。这样，可以实现可靠的完全自动化地激活频率梳稳定，而不必“用手”使执行器“瞎”移动直至稳定起作用。

有利的会是，与第二控制单元并行或替选于第二控制单元，第一控制单元使用和/或设定一个或多个由第二调节回路控制的执行器。这样，所需的执行器的数量得以减小。

也可考虑的是，至少一个执行器通过第一控制单元来控制，该第一控制单元与第二控制单元是相独立的。该执行器相较于第二控制单元控制的执行器可以具有更大的调节范围。由此，可以将离期望值甚远的实际值置于第二控制单元的采集范围中。可能伴随较大的调节范围出现的调节精度的降低在第一控制单元中通常变得可接受。

第一控制单元和第二控制单元可以设计为，总是处理至少一个执行器信号，所述执行器信号代表执行器的调节值。

合乎目的地，由第一控制单元使用的至少一个第一输入信号具有尽可能大的有效范围，优选基本上围绕期望值居中。“有效范围”在此表示自由度的值域，在该值域中至少一个第一输入信号的确定提供了正确的测量值。有利地，第一输入信号的有效范围大于第二控制单元的采集范围，尤其为至少五倍大、至十倍大或至少二十倍大、至少一百倍大或甚至至少一千倍大。如果测量模式间距f_rep来确定第一输入信号，则采集范围可以包括500Hz(经相位探测器测量)和10MHz的有效范围(经计数器测量)。如果测量偏置频率f₀来确定第一输入信号，则采集范围可以包括2MHz和并且有效范围可以是20MHz。

如果自由度的实际值仍然在第一输入信号的有效范围之外，则合乎目的的是，第一控制单元借助另一第一输入信号来识别这并且于是改变至少一个执行器的调节值，直至又到达有效范围。有利地，至少一个执行器的调节值在此均匀地改变，例如以恒定的步长改变。这样，可以确保的是，又达到有效范围。替选地，执行器的调节值可以随机地改变，以便尽可能快速地又回到有效范围中。有利地，在有效范围之外，至少一个执行器根据第一控制单元的一个或多个之前的状态来控制，以便尽可能高效地将实际值又置于有效范围中。至少一个执行器的调节值的改变可以由第一控制单元的状态机来控制。这是有利的，因为状态机本来就设计用于控制执行器。此外，这样可以进一步使该过程自动化。状态机可以控制功能发生器，该功能发生器根据状态机的输入将一个/多个控制信号输出给一个或多个执行器。

为了检验实际值是否处于有效范围之内，可以确定拍频信号的功率水平。为此，形成光频梳的激光脉冲可以被置于与已知频率的参考信号干涉。在此，形成拍差，其拍频对应于在频率梳的模式的频率f_m与参考信号的频率之间的频率差。光拍频信号可以被转换成电信号，例如经由光电二极管转换，并且随后被引导通过频率滤波器。通过评估信号电平可以确定，拍频是否处于预定的范围中(频率滤波器的带通)。在合适选择参考信号和频率滤波器的情况下，可以确定，实际值是否处于有效范围之内。拍频信号例如也可以由f:2f干涉仪来产生。因为在本发明的范围中本来就提供了用于确定与自由度的实际值相关联的信号的能力，所以在无需大的额外开销的情况下就能确定，是否进行自由度的成功稳定。为此可以确定，实际值是否在围绕期望值的确定范围中，优选在预定的时间段上。如果探测到成功稳定的状态，则这可被示出或以报告输出。这样能够实现将频率梳集成到上级的自动化的系统中。频率梳可以向上级的系统的单元报告，从何时起该频率梳为该系统的使用准备就绪。由此，不需要通过用户来监视频率梳的接通程序。

附图说明

在下文中要参照附图进一步阐明本发明及其优点。在附图中示出：

图1示出了示例性的激光器装置的一部分的示意图，该激光器装置可以利用根据本发明的方法来运行，

图2示出了示例性的频率梳的模式的频域视图，其中在水平轴上绘出频率而在竖直轴上绘出光强度，

图3示出了用于频率梳的根据本发明的自由度的相关值域的示意图，以及

图4示出了根据一个实施形式的用于执行根据本发明的方法的信号处理系统的至少一部分的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了示例性的可以利用根据本发明的方法运行的激光器装置1。当然要注意的是，利用根据本发明的方法也可以运行其他激光器装置，只要可以提供光频梳。

在图1中的激光器装置1中，在谐振器4的光轴3上设置激光活性的介质2。激光活性的介质2例如可以是Ti:Sa晶体。也可以考虑其他激光活性的介质尤其是激光晶体譬如Yb:YAG、Cr:LiSAF或Cr:镁橄榄石。激光活性介质2利用由设置在谐振器4之外的泵浦激光器5生成的泵浦激光束P来泵浦。

谐振器4可以包括多个谐振器反射镜6a、6b、6c、6d。在所示的实施例中，谐振器4是线性谐振器。在该情况下，两个谐振器反射镜，即，反射镜6a和6b形成谐振器端镜。在谐振器4的光轴3上在所述谐振器端反射镜6a、6b之间可以设置任意数量的其他谐振器反射镜6c、6d。替选地，可考虑的是，谐振器4构成为环形谐振器，使得谐振器4没有谐振器端镜。

谐振器反射镜中的一个谐振器反射镜6d有利地构成为耦合输入反射镜，其适合于耦合输入泵浦激光束P。此外，优选设置耦合输出反射镜(在图1中谐振器反射镜6b)用于从谐振器4耦合输出激光。为了改善的射束引导，合乎目的的会是，几个谐振器反射镜6a、6b、6c、6d是弯曲的。也可考虑的是，一个或多个谐振器反射镜是啁啾反射镜。这样，可以实现在谐振器4中改进的色散补偿。有利的会是，在谐振器4中设置模式耦合的元件7，例如科尔透镜(Kerrlinse)或可饱和的吸收器。

也可考虑的是，在谐振器4中不设置激光活性的介质2，而是激光束经由耦合输入反射镜直接耦合输入到谐振器4中(类似于泵浦激光束P)。在谐振器4中传播的光束尤其可以是经泵浦的激光束，尤其是短的或超短的激光脉冲。

图2以频域图示出了与在谐振器4中传播的光束相关联的光频梳的模式的位置。光频梳包括多个具有强度I(f)的模式，其频率在频域f中可通过式子f_m＝m x f_rep+f₀来描述，其中m是自然数，f_rep是模式间距和f₀是偏置频率。频率梳的模式的位置因此通过两个参数：偏置频率f₀和模式间距f_rep来确定。

在谐振器4中或在谐振器4上可以设置一个或多个执行器8a、8b、8c、8d、8e，借助其可以设定频率梳的模式的位置。执行器例如可以是用于设定谐振器长度的装置，尤其是用于使谐振器反射镜6a沿着谐振器4的光轴3移动，尤其是机械步进马达8a、压电马达8b和/或电光调制器(EOM)。对于本发明已证明为特别有利的是，为了设定谐振器长度提供多个执行器，所述执行器具有不同的调节精度和不同的调节范围。这能够实现根据情况要么在大范围上要么利用提高的精度来设定。为此，为了使谐振器反射镜6a移动，设置机械步进马达8a和压电马达8b，其中压电马达8b的调节步长相较于机械步进马达8a的调节步长更精细。也可考虑的是，设置压电马达8b和电光调制器，其中电光调制器的调节步长相较于压电马达8b的调节步长更精细。

替换地或附加地可以设置的其他可能的执行器是用于将光棱镜9引入到谐振器4的光路中的设备。这又可以通过机械步进马达8a和/或压电马达8b来实现。通过将光棱镜9引入到谐振器4的光路中，或通过使棱镜9沿着垂直于谐振器4的光轴3的方向的位置移动，不仅可以改变频率梳的模式间距f_m(经由棱镜9对重复率的影响)而且可以改变偏置频率f₀(经由棱镜9的色散效应)。

为了改变偏置频率f₀，也可以考虑的是，用于谐振器4的端镜6b的倾斜设备8e设置为执行器。为此，端镜6b例如可以围绕相对于谐振器4的光轴3垂直的轴线倾斜。

对于未直接设置在谐振器4上或中的执行器的实例是用于泵浦激光器5的功率调节器8d。通过改变泵浦功率可以经由谐振器4中尤其激光活性的介质2中的色散特性的尤其非线性的强度相关性调整频率梳的频率的位置。

在图1中为了阐述目的示出了多个执行器8a、8b、8c、8d、8e。但也可设置较少数量的执行器，例如一个、两个或三个执行器。也可考虑设置其他执行器。

根据本发明，确定至少一个信号S1、S2、S3、S4，所述信号与频率梳的自由度F的实际值相关联。在本发明的意义下，自由度在此可以是由光频梳的偏置频率f₀和模式间距f_rep构成的任意线性组合。尤其是，会有利的是，自由度对应于模式间距f_rep或偏置频率f₀，并且由此该信号与模式间距f_rep或偏置频率f₀的实际值相关联。

在自由度F对应于频率梳的模式间距f_rep的情况下，通过评估频率梳的相邻的模式的拍差可以确定至少一个信号S1、S2、S3、S4。为此，例如可以借助于光电探测器M1、M2确定在确定的时间间隔中拍频信号的振动的数量。

在偏置频率f₀用作自由度F的情况下，可以借助f:2f干涉仪执行至少一个信号的确定。在此，与频率梳相关的光束的成分被倍频并且与光束的未倍频的成分叠加。形成的拍差具有如下频率，该频率对应于频率梳的偏置频率f₀，并且可以以已知的手段来测量。

在图1中，示出了两个测量装置M1、M2，其执行一次或多次测量，以确定至少一个信号S1、S2、S3、S4。在此，可以测量与频率梳对应的激光脉冲。也可考虑的是，仅设置一个或多于两个的测量装置M1、M2。在耦合输出反射镜6b上离开谐振器4的激光脉冲在图1所示的实施形式中在第一分束器D1处被划分成两个子脉冲。子脉冲中的一个子脉冲被进一步引导用于具体的应用。另一子脉冲在第二分束器D2处被进一步划分。第二次生成的在此形成的两个子脉冲分别被输送给测量装置M1、M2。也可考虑测量装置M1、M2的其他定位，例如在谐振器4中。测量装置M1、M2可以是干涉仪或光电二极管或其他测量装置。

如在下文中所阐述的那样，自由度F的实际值被调节到期望值F_soll。当自由度F的实际值在下文中详细描述的包括期望值F_soll的稳定范围ΔF_{Stabilisierung}之内时，这样的调节是满足的。图3示出了期望值F_soll与稳定范围ΔF_{Stabilisierung}之间的相互关系及其相对于自由度F的实际值的在下文中描述的其他值域的关系，即下文中所描述的第二控制单元40的采集范围ΔF_Einfang和至少一个信号S1、S2、S3、S4的精度范围ΔF_Gültigkeit。

图4示出了信号处理模式，利用该信号处理模式可以实现根据本发明的按照一个实施形式的方法。

从测量装置M1、M2获得的测量值W1、W2可以直接表示与频率梳的自由度F的实际值相关联的信号。也可考虑的是，至少一个信号S1、S2、S3、S4由测量值W1、W2通过进一步处理得到。例如，测量值W2可以通过继续处理单元20、22、24被转换成信号，尤其是通过放大、归一化、混频和/或电平测量。如在图4中所示，从测量装置M2的测量值W2可以通过分别借助继续处理单元20、22、24的不同的继续处理得到多个信号S2、S3、S4，所述信号与自由度F的实际值相关联。而测量装置M1的测量值W1直接用作信号S1。

根据本发明，可考虑的是，仅确定唯一的与自由度F的实际值相关联的信号S1、S2、S3、S4。但有利地可以确定两个、三个、四个、五个或更多个信号S1、S2、S3、S4，其与自由度F的实际值相关联。

由第一测量装置M1确定的、与自由度F的实际值相关联的信号S1作为第一输入信号被传送给第一控制单元10。第一控制单元10的第一调节回路12接收该第一输入信号。可考虑的是，设置另外的第一调节回路12，其同样可以获得该第一输入信号或者替选地可以获得其他与自由度F的实际值相关联的信号。在图4所示的实施形式中，由第二测量装置M2的测量值W2通过继续处理单元20导出的其他信号S2作为其他第一输入信号被传送给第一控制单元10的其他第一调节回路12。

优选地，第一调节回路12彼此顺序地被使用。优选通过第一控制单元10的状态机30来调节第一调节回路12的顺序使用。状态机30为此同样可以接收至少一个第一输入信号并且根据至少一个第一输入信号判断以进一步继续第一调节回路12的顺序。为此，状态机30可以激活或去活，优选单独地激活或去活，第一调节回路12。有利的是，为状态机30输送来自至少一个确定信号S1、S2、S3、S4的集合中的所有信号。

根据本发明，利用第一控制单元10基于至少一个第一输入信号将自由度F的实际值设定在第二控制单元40的预定的采集范围ΔF_Einfang中。为此，第一调节回路12访问一个或多个执行器8a、8b、8d。在此可考虑的是，第一调节回路12控制所有相同的执行器8a、8b、8d。替选地，第一调节回路12可以控制不同的执行器8a、8b、8d，以便达到不同的调节范围。在图4所示的实施形式中，这两个第一调节回路12访问步进马达8a以便使谐振器端反射镜6a移动。

尤其是直接在接通频率梳之后，会出现，自由度F的实际值在来自至少一个确定的信号S1、S2、S3、S4的集合中的信号的确定的有效范围ΔF_Gültigkeit之外。有效范围ΔF_Gültigkeit在此对于每个信号S1、S2、S3、S4不同并且是实际值的值域，在该值域中信号S1、S2、S3、S4与自由度F的实际值相关联，使得在信号S1、S2、S3、S4和实际值之间存在一对一的关系。换言之，有效范围ΔF_Gültigkeit是如下范围，在该范围中通过确定信号S1、S2、S3、S4正确地确定实际值。

可以检验，实际值是否在有效范围ΔF_Gültigkeit之内。这例如可以通过由状态机30评估与自由度F的实际值相关联的信号S1、S2、S3、S4来进行。例如，如果通过第二测量装置M2提供两个相继的频率梳模式的拍差并且将其转换成电信号，则继续处理单元22可以构成为拍差分析器。通过这将电拍频信号首先引导通过频率滤波器，该频率滤波器仅对于在确定范围中的频率而言是可透过的，并且随后在频率滤波器之后的功率水平作为信号S3转送给状态机30。于是可以根据功率水平来确定，自由度F的实际值例如模式间距f_rep是否在信号S1、S2、S3、S4的有效范围ΔF_Gültigkeit之内。

当实际值在作为第一输入信号用于控制执行器8a、8b、8c、8d、8e的信号S1、S2的所确定的有效值ΔF_Gültigkeit之外时，调节过程临时通过使用相关的信号S1、S2的第一调节回路12的调节过程中断。

如果用于所有作为第一输入信号使用的信号S1、S2的实际值在相关的有效范围ΔF_Gültigkeit之外，则去活所有第一调节回路12并且随机地或均匀地改变至少一个执行器的设定值(例如，图4中的步进马达8a)，直至又达到有效范围ΔF_Gültigkeit，以便又在该范围中可靠地测量和由此通过第一调节回路12进行合理的设定。为此，状态机30与功能发生器G通信，该功能发生器根据状态机30的输入控制执行器调节值的随机的或均匀的改变。在状态机30有关于以前的信号S1、S2、S3、S4和执行器设定的信息之后，状态机30可以根据以前的状态控制功能发生器G，以便尽可能快速地又到达至少一个作为第一输入信号使用的信号S1、S2的有效范围ΔF_Gültigkeit中。

基于状态机30提供的与自由度F的实际值相关联的信号S1、S2、S3、S4中的至少一个信号，状态机30确定，实际值是否在第二控制单元40的采集范围ΔF_Einfang中。如在图3中所示的那样，第二控制单元40的采集范围ΔF_Einfang可以在有效范围ΔF_Gültigkeit之内，其中，期望值F_Soll在有效范围ΔF_Gültigkeit和采集范围ΔF_Einfang之内，优选基本上居中。采集范围ΔF_Einfang可以以合理方式确定，作为如下区域，在该区域中第二控制单元40可以将实际值调节到期望值F_Soll上。为此，期望值F_Soll在采集范围ΔF_Einfang之内，优选居中。根据本发明，如果在实际值在包含期望值的尤其围绕期望值F_Soll居中的稳定范围ΔF_{stabilisierung}(采集范围ΔF_Einfang的子范围)中时，才满足将实际值调节到期望值F_Soll。稳定范围ΔF_{stabilisierung}在此可以允许实际值偏离于期望值F_Soll小于期望值F_Soll的1％、3％、5％或10％。替选地，稳定范围F_{stabilisierung}可以允许实际值偏离于期望值F_Soll仅几赫兹或也毫赫兹，例如最高1mHz、10mHz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz或50Hz。

当通过状态机30确定实际值在第二控制单元40的采集范围ΔF_Einfang之内时，第二控制单元40被激活，优选通过状态机30来激活。于是，实际值借助第二控制单元40被调节到期望值F_Soll。为此，第二控制单元40具有一个或多个第二调节回路42。所述第二调节回路控制一个或多个执行器8a、8b、8c、8d以影响实际值。第二控制单元40在此可以访问执行器8a、8b、8c、8d，所述执行器也被第一控制单元10使用。这在图4所示的针对步进马达8a的实施例中情况如此。附加地或替选地，第二调节回路42可以控制一个或多个执行器8a、8b、8c、8d、8e，所述执行器并不被第一控制单元10使用。这在图4中是针对用于泵浦激光辐射P的功率调节器8d和压电马达8b的情况。当然，也可以控制其他或另外的执行器，譬如电光调制器8c或用于谐振器反射镜6a-6d的倾斜设备或可转动的波导板，如其从在后公开的DE 10 2014204 941.5中所公开的那样。

第二控制单元40的第二调节回路42基于传送给其作为第二输入信号的信号S4控制相应的执行器8a、8b、8d，所述信号来自至少一个与自由度F的实际值相关联的信号S1、S2、S3、S4的集合。也可考虑的是，第二控制单元40被输送给多个第二输入信号，第二调节单元42可以基于所述第二输入信号控制执行器8a、8b、8c、8d、8e。在图4的实施例中，单个的第二输入信号由第二测量装置M2的测量值W2经由继续处理单元24导出。

第二调节回路42如在图4中所示的那样优选级联地设置。这尤其在如下情况下是有利的，第二调节回路42分别访问不同的执行器8a、8b、8c、8d、8e。为了尽可能优化信号使用，有利的会是，第一控制单元10获得至少一个第二输入信号。这可以输出给一个或多个第一调节回路12。尤其是，状态机30要获得第二输入信号。这尤其在如下情况下是有利的，状态机30控制第二调节回路42的级联。为此，第一控制单元10尤其是状态机30可以激活或去活一个或多个第二调节回路42，优选分开地激活或去活。

根据提供给其的数据，尤其是第一或第二输入信号，状态机30可以评估，是否达到使频率梳成功稳定的状态。这在如下情况下如此，自由度F的实际值与期望值F_Soll相一致或在稳定范围F_{stabilisierung}中。于是，状态机30可以显示或再现说明成功稳定的状态的报告。例如，这样的报告可以输出给图像屏幕80或读入到计算机中。

状态机30以及第一调节回路12和/或功能发生器G中没有、一个或多个第一调节回路12和/或功能发生器G可以实施为可计算机执行的程序，优选存储在计算机可读的介质上。

作为根据本发明的频率梳发生器尤其考虑光纤激光器，尤其是包含非线性的光反射镜(NOLM，nonlinear optical loop mirror)或其他吸收器的光纤激光器。一个优选的实施形式包含获得极化的纤维。这确保了所产生的频率梳的特别良好的稳定性。

作为实例考虑使频率梳的模式间距的自动稳定，具有如下步骤：a)例如通过利用电子计数器对fs激光器的脉冲重复率计数来探测模式间距，例如252MHz，b)将计数器值读入到计算机，将计数器值转送给基于软件的状态机，该状态机控制其他步骤，c)与预设的期望值比较，例如250MHz，d)确定改变的步长和方向(重复率在所选择的实例中为2MHz高)，e)借助步进马达粗略改变模式间距，步进马达改变fs激光器的谐振器长度，直至第二调节的采集范围，f)迭代后三个步骤c)至e)(第一调节)，g)当实际值在第二调节的采集范围中时(例如最大1KHz的偏差)：激活第二调节，h)从这起，经由相位探测器24探测，该相位探测器输出与期望值和实际值的相位差成比例的信号。

随后，经由压电执行器调节到期望值，其中偏差仅还为例如1mHz。如果例如受外部环境影响“脱离”稳定，则该方法又从前执行，即以步骤a)开始。

Claims (16)

1.一种用于运行激光器装置(1)的方法，具有如下步骤：

a)提供光频梳，所述光频梳具有多个模式，所述模式的频率能够通过式子f_m＝m x f_rep+f₀来描述，其中m是自然数，f_rep是模式间距和f₀是偏置频率，

b)确定至少一个信号(S1，S2，S3，S4)，所述信号与自由度(F)的实际值相关联，其中所述自由度(F)是由所述偏置频率f₀和所述模式间距f_rep构成的线性组合，

c)向第一控制单元(10)传送至少一个第一输入信号，其中所述至少一个第一输入信号包含在所述至少一个信号(S1，S2，S3，S4)的集合中，

d)利用第一控制单元(10)基于所述至少一个第一输入信号将所述自由度(F)的实际值设定到第二控制单元(40)的预定的采集范围(ΔF_Einfang)中，

e)一旦达到所述第二控制单元(40)的采集范围(ΔF_Einfang)，则激活所述第二调节单元(40)，以及

f)借助所述第二控制单元(40)将所述实际值调节到期望值F_Soll。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一控制单元(10)包括多个第一调节回路(12)，所述第一调节回路彼此顺序地被使用，以便将所述自由度(F)的实际值置于所述第二控制单元(40)的采集范围(ΔF_Einfang)中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一调节回路(12)的顺序使用通过状态机(30)来调节。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二控制单元(40)包括单个的第二调节回路(42)或一组级联的第二调节回路(42)，所述调节回路基于单个的在所述至少一个信号的集合中包含的第二输入信号(S4)来控制一个或多个执行器(8a、8b、8c、8d)，其中在所述级联中连接在下游的第二调节回路(42)设计为，分别将分别连接在上游的第二调节回路(42)保持在其调节范围中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二输入信号由拍频信号导出，并且在激活所述第二控制单元(40)之前或期间确定所述拍频的符号。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述至少一个第一输入信号包括第二输入信号。

7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，所述第一控制单元(10)可选地分开激活一个或多个第二调节回路(42)。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，与所述第二控制单元(42)并行地或替选地，所述第一控制单元(10)设定由所述第二调节回路(42)控制的执行器(8)中的一个或多个。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过所述第一控制单元(10)控制一个或多个执行器(8)，所述执行器是与所述第二控制单元(42)相独立的。

10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一控制单元(10)处理至少一个执行器信号，所述执行器信号代表执行器(8)的调节值。

11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一控制单元(10)在所述实际值在所确定的有效范围(ΔF_Gültigkeit)之外时随机地或均匀地改变至少一个执行器(8)的调节值，直至又达到有效范围(ΔF_Gültigkeit)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过确定拍频信号的功率水平进行检验：所述实际值是否在有效范围(ΔF_Gültigkeit)之内。

13.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个执行器(8)根据所述第一控制单元(10)的一个或多个之前的状态来控制。

14.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使所述偏置频率(f₀)和所述频率梳的模式间距(f_rep)稳定。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，探测成功稳定的状态并随后显示或再现说明成功稳定的状态的报告。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于如下算法，所述算法用于在离开稳定的状态时尤其是通过重复权利要求1中的步骤a)至f)自动地回到稳定运行。