DE102011011290A1

DE102011011290A1 - Lasersystem zur Erzeugung eines künstlichen Leitsterns (Laser Guide Star)

Info

Publication number: DE102011011290A1
Application number: DE102011011290A
Authority: DE
Inventors: Dr. Friedenauer Axel; Dr. Kaenders Wilhelm
Original assignee: Toptica Photonics AG
Current assignee: TOPTICA PROJECTS GMBH, DE
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: CA2767630A1; CA2767630C; US20120224243A1; US8724205B2; DE102011011290B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem mit
— einer Laserlichtquelle (1), die elektromagnetische Strahlung emittiert,
— wenigstens einem optischen Verstärker (3), der die von der Laserlichtquelle (1) emittierte Strahlung verstärkt, und
— einem Frequenzvervielfacher (4), der die verstärkte Strahlung durch resonante Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung umwandelt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Lasersystem bereitzustellen. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass das Lasersystem eine Modulationseinrichtung (2) aufweist, die eine Modulation der von der Laserlichtquelle (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung bewirkt, in der Weise, dass das Spektrum eine Trägerfrequenz und wenigstens ein Seitenband (7) umfasst, wobei der Frequenzvervielfacher (4) bei der Trägerfrequenz und der Frequenz des wenigstens einen Seitenbandes (7) resonant ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem mit
– einer Laserlichtquelle, die elektromagnetische Strahlung emittiert,
– wenigstens einem optischen Verstärker, der die von der Laserlichtquelle emittierte Strahlung verstärkt, und
– einem Frequenzvervielfacher, der die verstärkte Strahlung durch resonante Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung umwandelt.
Bei der Beobachtung von astronomischen Objekten mittels erdgebundenen optischen Teleskopen ist zu beachten, dass das Licht der astronomischen Objekte beim Durchtritt durch die Atmosphäre aufgrund unterschiedlicher Temperaturschichten, Luftbewegungen usw. beeinflusst wird, was zu verzerrten und unscharfen Bildern führt. Dies ist ein Problem, das bei Teleskopen mit Spiegeldurchmessern von mehreren Metern relevant ist. Aus diesem Grund wenden große optische Teleskope mit 8–10 m großen Spiegeln (wie z. B. das Keck-Teleskop) adaptive Optiken an, um die durch die Atmosphäre hervorgerufene Störungen der einfallenden Lichtwellenfront auszugleichen. Auf diese Weise kann die Auflösung erheblich (von ca. einer Bogensekunde auf 30–60 Millibogensekunden) gesteigert werden. Zur Steuerung der adaptiven Optik wird das Bild eines Referenzsterns aufgenommen und ausgewertet. Die Optik wird aktiv mit Hilfe eines Regelkreises so angepasst, dass das Bild des Referenzsterns dem idealen Bild eines punktförmigen Objekts so nahe wie möglich kommt. In der Vergangenheit wurden hauptsächlich natürliche Referenzsterne für diesen Zweck benutzt. Das Problem ist allerdings, dass Sterne von ausreichender Helligkeit nur in einigen wenigen Himmelsabschnitten vorkommen. Aus diesem Grund ist man in jüngerer Vergangenheit zu dem Konzept der künstlichen Leitsterne gelangt, die mittels Laser erzeugt werden (Laser Guide Star). Man macht sich zu Nutze, dass leichte metallische Atome, wie z. B. Natrium, Kalium, Eisenatome, in bestimmten Schichten der Atmosphäre angereichert sind. So sind z. B. Natriumatome in der Mesosphäre in einer Höhe zwischen 90 und 110 km über der Erdoberfläche angereichert. Für die hier interessierenden astronomischen Zwecke wird diese Schicht gleichsam als Projektionsfläche für künstliche Leitsterne benutzt. Ein intensiver schmalbandiger oder einfrequenter Laserstrahl wird von der Erde in den Himmel gestrahlt, und zwar bei einer geeigneten Wellenlänge, um die Natriumatome in der Mesosphäre resonant zur Fluoreszenz anzuregen. Auf diese Weise entsteht ein punktförmiger künstlicher Stern, der als Referenz für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik benutzt werden kann.
Die Anforderungen an geeignete Lasersysteme zur Erzeugung künstlicher Leitsterne sind hoch. Idealerweise ist eine hohe Leistung von 20 W oder mehr erforderlich, und zwar bei einer Linienbreite von wenigen GHz bis zu weniger als 5 MHz bei der Natriumresonanz von 589 nm (Natrium-D-Linie). Um eine hinreichende Intensität des künstlichen Leitsterns zu erzielen, muss eine möglichst intensive Wechselwirkung zwischen dem Laser und den wenigen Natriumatomen in der Mesosphäre erzielt werden. Dabei ist zu beachten, dass das elektronische Anregungsschema des Natriumatoms kein reines 2-Niveau-System ist. Von Bedeutung ist dabei insbesondere die Hyperfeinaufspaltung der angeregten Fluoreszenzlinie. Die Hyperfeinaufspaltung bewirkt, dass das Fluoreszenzelektron nach wenigen Anregungszyklen in einen nicht resonanten Zustand optisch gepumpt wird. Danach steht das Elektron für die Fluoreszenz nicht mehr zur Verfügung, was einen sofortigen Verlust des zugehörigen Atoms für Fluoreszenzrückstreuung bedeutet. Dem kann dadurch begegnet werden, dass das Laserlicht in der Weise erzeugt wird, dass sein Spektrum zwei Linien umfasst, nämlich bei der Fluoreszenzfrequenz und einer Rückpumpfrequenz. Die Fluoreszenzfrequenz regt die Fluoreszenz der entsprechenden Natriumresonanz an. Die Rückpumpfrequenz ist gegenüber der Fluoreszenzfrequenz um den der Hyperfeinaufspaltung der betreffenden Natriumlinie entsprechenden Betrag verstimmt und bewirkt, dass das Anregungselektron aus dem nicht resonanten Zustand „rückgepumpt” wird und somit wieder dem Fluoreszenzprozess zur Verfügung steht. Auf diese Weise lässt sich die Intensität des Fluoreszenzlichts deutlich um Faktoren erhöhen (vgl. R. Holzlöhner et al., „Optimization of CW sodium laser guide star efficiency", Astronomy & Astrophysics, 510, A20, 2010).
Bisher verwendet man zur Erzeugung des Laserlichts ein Lasersystem der eingangs angegebenen Art, mit einer Laserlichtquelle, einem optischen Verstärker zur Verstärkung der Strahlung der Laserlichtquelle und einem Frequenzvervielfacher, der durch Frequenzverdopplung schmalbandig das gewünschte intensive Laserlicht bei der Frequenz der Natrium-Resonanz erzeugt. Zur Erzeugung des Seitenbandes bei der Rückpumpfrequenz entsprechend der Hyperfeinaufspaltung der betreffenden Natriumlinie wird bisher ein elektrooptischer Modulator (EOM) verwendet, der die durch Frequenzvervielfachung umgewandelte Strahlung hochfrequent moduliert, wobei die Modulationsfrequenz entsprechend dem gewünschten Frequenzabstand zwischen Fluoreszenzfrequenz und Rückpumpfrequenz gewählt wird. Geeignete elektrooptische Modulatoren, die bei den entsprechenden Frequenzen funktionsfähig sind und mit der hohen Intensität des Laserlichts zurechtkommen, sind aufwendige und damit teure Komponenten.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Lasersystem zur Erzeugung künstlicher Leitsterne bereitzustellen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Lasersystem der eingangs genannten Art dadurch, dass das Lasersystem eine Modulationseinrichtung aufweist, die eine Modulation der von der Laserlichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung bewirkt, in der Weise, dass das Spektrum eine Trägerfrequenz und wenigstens ein Seitenband umfasst, wobei der Frequenzvervielfacher bei der Trägerfrequenz und der Frequenz des wenigstens einen Seitenbandes resonant ist.
Gemäß der Erfindung wird somit eine Modulation der von der Laserlichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung, d. h. der unverstärkten Laserstrahlung durchgeführt. Auf diese Weise erhält das Spektrum der unverstärkten Strahlung Komponenten bei der Trägerfrequenz und bei wenigstens einem Seitenband. Das wenigstens eine Seitenband wird durch den optischen Verstärker, bei dem es sich vorzugsweise um einen Raman-Faserverstärker handelt, mitverstärkt, da die Bandbreite der Verstärkung des Raman-Faserverstärkers größer ist als der Frequenzabstand des Seitenbandes von der Trägerfrequenz. Bei der anschließenden Frequenzvervielfachung wird der freie Spektralbereich des Frequenzvervielfachers auf die Frequenz der für die jeweilige Anwendung zu erzeugenden spektralen Komponenten abgestimmt. Somit wird nach der Umwandlung der Strahlung mittels des Frequenzvervielfachers verstärkte Strahlung erhalten, deren Spektrum Komponenten bei der Fluoreszenzfrequenz und der Rückpumpfrequenz umfasst. Dabei stimmt die Trägerfrequenz mit der gewünschten Fluoreszenzfrequenz überein, während der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung der atomaren Linie übereinstimmt. Für die Erzeugung eines künstlichen Leitsterns ist damit hinreichend, wenn mit dieser Methode der Verstärkung mittels des Raman-Faserverstärkers und nach der Frequenzvervielfachung die Leistung der erhaltenen Strahlung im Bereich von 20 W liegt, da eine effektive Intensitätssteigung der Fluoreszenz aufgrund der im Spektrum der Strahlung enthaltenen Rückpumpfrequenz eintritt
Auf einen nachgeschalteten elektrooptischen Modulator kann bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem verzichtet werden. Aufgrund dessen hat das Lasersystem einen deutlich einfacheren, kostengünstigeren und weniger wartungsanfälligen Aufbau. Es stellt sich überraschend heraus, dass die durch Modulation erzeugten spektralen Komponenten, z. B. bei Verwendung eines geeignet aufgebauten Raman-Faserverstärkers, das System in einer sehr stabilen Phasenlage durchlaufen und keine Vierwellenmischung einsetzt. Letztlich können alle Verstärker, die diese Voraussetzung erfüllen, für die effiziente Erzeugung der Strahlung mit den verschiedenen spektralen Komponenten gemäß der Erfindung eingesetzt werden, ohne dass ein zusätzlicher elektrooptischer Modulator oder eine andere Modulationstechnik eingesetzt werden muss.
Ein für das erfindungsgemäße Lasersystem geeigneter Raman-Faserverstärker ist z. B. in der EP 2 081 264 A1 offenbart. Ergänzend sei auf die Veröffentlichung von Luke R. Taylor et al. („50 W CW visible laser source at 589 nm obtained via frequency doubling of three coherently combined narrow-band Raman fibre amplifiers”, Optics Express, Vol. 18, No. 8, 8540) verwiesen.
Für die Erzeugung eines künstlichen Leitsterns durch Fluoreszenzanregung der Natriumatome in der Mesosphäre sollte die Fluoreszenzfrequenz der Laserstrahlung einer Wellenlänge von 589 nm entsprechen, während der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Trägerfrequenz +–1,7 GHz beträgt. Dieser Frequenzabstand entspricht der Hyperfeinaufspaltung der betreffenden Natriumlinie.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lasersystems entspricht die Modulationsfrequenz, d. h. der Frequenzabstand des Seitenbands von der Trägerfrequenz im Spektrum der von der Laserlichtquelle emittierten Strahlung, der Hyperfeinaufspaltung der Natrium-Linie. Nach der Verstärkung des modulierten Laserlichts wird, wie oben erwähnt, der freie Spektralbereich des Frequenzvervielfachers exakt auf die Frequenzen der zu erzeugenden spektralen Komponenten abgestimmt. Die Frequenzvervielfachung erfolgt über nichtlineare optische Prozesse. Dabei sind zwei Prozesse relevant, nämlich die Frequenzverdopplung und die Summenfrequenzerzeugung. Zweckmäßigerweise wird die Intensität bei der Fluoreszenzfrequenz im Spektrum der umgewandelten Strahlung durch Frequenzverdopplung erzeugt. Dabei wird die verstärkte Strahlung bei der Trägerfrequenz frequenzverdoppelt. Die Strahlung bei der Rückpumpfrequenz wird durch Summenfrequenzerzeugung generiert, und zwar ausgehend von der verstärkten Strahlung bei der Trägerfrequenz und bei der Frequenz des Seitenbands. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Intensität bei der Rückpumpfrequenz erhalten, da die Intensität bei der Summenfrequenzerzeugung von dem Produkt der Intensitäten der beiden zugrunde liegenden Lichtfelder abhängt. Daraus folgt, dass sich die Strahlung bei der Rückpumpfrequenz durch Summenfrequenzerzeugung wesentlich effizienter erzeugen lässt als durch Frequenzverdopplung. Die nicht erwünschte frequenzverdoppelte Seitenbandstrahlungskomponente wird dagegen quadratisch abgeschwächt. Somit erfolgt die effiziente Modulation der elektromagnetischen Strahlung der Laserlichtquelle zweckmäßigerweise mit der Frequenz, die der Hyperfeinaufspaltung der Natrium-Linie entspricht, und nicht, wie man trivial erwarten würde, mit dem halben Wert dieser Frequenz.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Laserlichtquelle des erfindungsgemäßen Lasersystems ein Diodenlaser mit wenigstens einer Laserdiode, wobei die Modulationseinrichtung den Injektionsstrom der Laserdiode hochfrequent moduliert. Die Modulation des Injektionsstroms mit Hochfrequenz ist eine verbreitete Methode der Erzeugung von spektralen Seitenbändern, die im Bereich der Telekommunikation und auch im Bereich der Quantenoptik vielfältig Anwendung findet. Diese Art der „elektronischen” Modulation ist besonders einfach realisierbar. Somit kann das erfindungsgemäße Lasersystem deutlich kostengünstiger bereitgestellt werden als vorbekannte Lasersysteme, die mit elektrooptischen Modulatoren arbeiten.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Möglichkeit der serrodynen Modulation (z. B. mit sägezahn- oder stufenförmigem Modulationssignal) der elektromagnetischen Strahlung der Laserlichtquelle besteht, insbesondere wenn die Modulation durch hochfrequente Modulation des Injektionsstroms der Laserdiode erfolgt. Auf diese Weise können anstelle der üblicherweise zwei symmetrischen Seitenbänder gezielt Seitenbänder mit unterschiedlichen Intensitäten erzeugt werden. Dies ermöglicht es, dasjenige Seitenband, das nachfolgend an der Frequenzvervielfachung bzw. Summenfrequenzerzeugung zur Erzeugung der Strahlung bei der Rückpumpfrequenz beteiligt ist, mit möglichst hoher Intensität zu erzeugen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Lasersystem eine Stabilisierungseinrichtung auf, die den Frequenzvervielfacher frequenzstabilisiert, wobei die Modulationseinrichtung eine zusätzliche Modulation der von der Laserlichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in der Weise bewirkt, dass das Spektrum wenigstens ein weiteres Seitenband für die Frequenzstabilisierung auf Basis eines Pound-Drever-Hall Verfahrens umfasst. Demnach moduliert die Modulationseinrichtung der elektromagnetischen Strahlung der Laserlichtquelle nicht nur ein Seitenband, sondern zwei Seitenbänder auf. Das eine der Seitenbänder dient letztlich der Erzeugung von Strahlung bei der Rückpumpfrequenz, während das andere Seitenband ausschließlich der Stabilisierung des Frequenzvervielfachers dient. Der Frequenzvervielfacher wandelt die verstärkte Strahlung durch resonante Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung um. Hierzu weist er in der Praxis einen optischen Resonator auf, in dem sich der nichtlineare Kristall für die Frequenzvervielfachung und/oder die Summenfrequenzerzeugung befindet. Zweckmäßigerweise ist wenigstens ein Spiegel des optischen Resonators des Frequenzvervielfachers mechanisch verstellbar, so dass auf diese Weise eine Frequenzstabilisierung erzielt werden kann. Zum Beispiel gemäß dem Pound-Drever-Hall Verfahren wird ein Teil des in dem Resonator umlaufenden Lichts aus diesem ausgekoppelt und mittels eines Fotodetektors vermessen. Das Messsignal gelangt zu einer Mischstufe und wird einer Phasendetektion unterzogen. Die detektierte Phase wird sodann in ein Steuersignal zur Stabilisierung des optischen Resonators umgewandelt. Die Modulationsfrequenz zur Frequenzstabilisierung des Frequenzvervielfachers liegt typischerweise zwischen 5 und 100 MHz. Es sind aber auch andere bekannte Techniken zur Resonatorstabilisierung gemäß der Erfindung einsetzbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Darstellung des erfindungsgemäßen Lasersystems als Blockdiagramm;
2: Illustration des Modulationsschemas gemäß der Erfindung.
Das in der 1 gezeigte Lasersystem umfasst eine Laserlichtquelle 1, bei der es sich um einen Diodenlaser handelt. Die Laserlichtquelle 1 ist mit einer Modulationseinrichtung 2 verbunden, die den Injektionsstrom der (nicht dargestellten) Laserdiode der Laserlichtquelle 1 hochfrequent moduliert. Dabei erfolgt die Modulation bei zwei Frequenzen gleichzeitig. Eine Modulationsfrequenz beträgt 1,7 GHz. Durch diese Modulationsfrequenz erhält das Spektrum der von der Laserlichtquelle 1 emittierten Strahlung ein Seitenband, das letztlich Grundlage für die Erzeugung von Strahlung bei der Rückpumpfrequenz entsprechend der Hyperfeinaufspaltung der Natrium-D-Linie ist. Die weitere Modulationsfrequenz liegt im Bereich zwischen 5 und 100 MHz. Durch diese Modulation wird ein Seitenband im Spektrum der von der Laserlichtquelle 1 emittierten Strahlung erzeugt, welches der Frequenzstabilisierung gemäß dem Pound-Drever-Hall Verfahren dient. Das Spektrum der von der Laserlichtquelle 1 emittierten Strahlung weist eine Komponente bei einer Trägerfrequenz von 1178 nm auf. Der Frequenzabstand von der Trägerfrequenz zu den Seitenbändern beträgt entsprechend den Modulationsfrequenzen 1,7 GHz bzw. 5 bis 100 MHz (für die Frequenzstabilisierung).
Die modulierte Strahlung der Laserlichtquelle 1 wird einem Raman-Faserverstärker 3 zugeführt. Die (nicht dargestellte) Verstärkerfaser des Faserverstärker 3 wird mittels (nicht dargestellten) Laserdioden optisch gepumpt. Der Raman-Faserverstärker 3 verstärkt die Strahlung der Laserlichtquelle 1 bei der Trägerfrequenz und bei den Frequenzen der Seitenbänder. Die Verstärkungsbandbreite des Raman-Faserverstärkers 3 ist entsprechend groß. Am Ausgang des Raman-Faserverstärkers 3 beträgt die Leistung der Laserstrahlung insgesamt ca. 30 bis 40 W.
Die so verstärkte Laserstrahlung wird einem resonanten Frequenzvervielfacher 4 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen nichtlinearen Kristall, der sich innerhalb eines optischen Resonators befindet. Der optische Resonator ist gemäß dem Pound-Drever-Hall Verfahren frequenzstabilisiert. Der resonante Frequenzvervielfacher 4 wandelt die verstärkte Strahlung durch Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung um. Das Spektrum der Strahlung am Ausgang des Frequenzvervielfachers 4 umfasst Intensitäten bei einer Fluoreszenzfrequenz und einer Rückpumpfrequenz, wobei die Fluoreszenzfrequenz mit der Natrium-D-Linie übereinstimmt und der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung der entsprechenden Natrium-D-Linie übereinstimmt. Die Leistung der Strahlung am Ausgang des Frequenzvervielfachers 4 kann dabei deutlich oberhalb von 20 W liegen, was z. B. für die Erzeugung eines künstlichen Leitsterns für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik vorteilhaft ist.
Die 2 zeigt das Spektrum 5 der Strahlung nach der Verstärkung mittels des Raman-Faserverstärkers 3. Das Spektrum weist eine intensive zentrale Linie bei der Trägerfrequenz und ein unteres und ein oberes Seitenband 7 mit geringerer Intensität auf. Der Frequenzabstand zwischen den Seitenbändern und der zentralen Trägerfrequenz beträgt, wie oben beschrieben, 1,7 GHz entsprechend der Modulationsfrequenz. Die zur Frequenzstabilisierung dienenden Seitenbänder bei +–5 bis 100 MHz sind in der 2 nicht dargestellt. Das Spektrum 5 illustriert, dass die durch Modulation erzeugten Seitenbänder 7 von dem Raman-Faserverstärker 3 ebenso wie die zentrale Linie bei der Trägerfrequenz verstärkt werden. Die Trägerfrequenz entspricht einer Wellenlänge von 1178 nm.
Das Spektrum 6 ergibt sich nach der Frequenzvervielfachung bzw. Summenfrequenzerzeugung mittels des Frequenzvervielfachers 4. Zu erkennen sind wiederum eine zentrale Linie bei der Fluoreszenzfrequenz von 589 nm. Diese zentrale Linie entsteht durch Frequenzverdopplung der Trägerfrequenz. Weiterhin zeigt das Spektrum 6 Seitenbänder 7', die von der Fluoreszenzfrequenz +–1,7 GHz beabstandet sind. Diese Seitenbänder entstehen durch Summenfrequenzerzeugung aus den im Spektrum 5 gezeigten Komponenten, nämlich bei der Trägerfrequenz und den Frequenzen der Seitenbänder 7. Außerdem sind Seitenbänder 8 zu erkennen, die durch Frequenzverdopplung aus den im Spektrum 5 mit 7 bezeichneten Seitenbändern entstehen. Die Seitenbänder 8 sind stark abgeschwächt. Die Seitenbänder 7' im Spektrum 6 liegen bei der Rückpumpfrequenz vor. Für eine hohe Fluoreszenzausbeute sollte die Intensität bei der Rückpumpfrequenz 7' wenigstens 10% der Intensität bei der Fluoreszenzfrequenz betragen. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß die Summenfrequenzerzeugung eingesetzt. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die resultierende Intensität bei der Summenfrequenzerzeugung wie die Produkte der Intensitäten der fundamentalen Lichtfelder verhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2081264 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. Holzlöhner et al., „Optimization of CW sodium laser guide star efficiency”, Astronomy & Astrophysics, 510, A20, 2010 [0003]

Claims

Lasersystem mit – einer Laserlichtquelle (1), die elektromagnetische Strahlung emittiert, – wenigstens einem optischen Verstärker (3), der die von der Laserlichtquelle (1) emittierte Strahlung verstärkt, und – einem Frequenzvervielfacher (4), der die verstärkte Strahlung durch resonante Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung umwandelt, gekennzeichnet durch eine Modulationseinrichtung (2), die eine Modulation der von der Laserlichtquelle (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung bewirkt, in der Weise, dass das Spektrum eine Trägerfrequenz und wenigstens ein Seitenband (7) umfasst, wobei der Frequenzvervielfacher (4) bei der Trägerfrequenz und der Frequenz des wenigstens einen Seitenbandes (7) resonant ist.
Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Verstärker (3) ein Raman-Faserverstärker (RFA) ist.
Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der mittels des Frequenzvervielfachers umgewandelten Strahlung eine Fluoreszenzfrequenz und eine Rückpumpfrequenz (7') umfasst, wobei – die Fluoreszenzfrequenz mit einem resonanten optischen Übergang in einem Atom, d. h. einer Linie im elektronischen Anregungsspektrum des Atoms, übereinstimmt und – der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz (7') von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung des optischen Übergangs übereinstimmt.
Lasersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzfrequenz der Wellenlänge der Natriumlinie bei 589 nm entspricht und der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz +/–1,7 GHz beträgt.
Lasersystem nach Anspruche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz, d. h. der Frequenzabstand des Seitenbands (7) von der Trägerfrequenz im Spektrum der von der Laserlichtquelle (1) emittierten Strahlung, der Hyperfeinaufspaltung des optischen Übergangs entspricht.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (1) ein Diodenlaser mit wenigstens einer Laserdiode ist, wobei die Modulationseinrichtung (2) den Injektionsstrom der Laserdiode hochfrequent moduliert.
Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Stabilisierungseinrichtung, die den Frequenzvervielfacher (4) frequenzstabilisiert, wobei die Modulationseinrichtung (2), eine zusätzliche Modulation der von der Laserlichtquelle (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung in der Weise bewirkt, dass das Spektrum wenigstens ein weiteres Seitenband für die Frequenzstabilisierung auf Basis eines Pound-Drever-Hall Verfahrens umfasst.
Verwendung eines Lasersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung eines künstlichen Leitsterns („Laser Guide Star”) für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik.
Verfahren zur Erzeugung eines künstlichen Leitsterns („Laser Guide Star”) für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik, wobei elektromagnetische Strahlung einer Laserlichtquelle (1) mittels eines optischen Verstärkers (3) verstärkt und die verstärkte Strahlung durch resonante Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung der Laserlichtquelle (1) durch Modulation eine Trägerfrequenz und wenigstens ein Seitenband (7) umfasst, wobei der Frequenzvervielfacher (4) bei der Trägerfrequenz und der Frequenz des wenigstens einen Seitenbandes (7) resonant ist, so dass das Spektrum der umgewandelten Strahlung eine Fluoreszenzfrequenz und eine Rückpumpfrequenz (7') umfasst, wobei – die Fluoreszenzfrequenz mit einem resonanten optischen Übergang in einem Atom, d. h. einer Linie im elektronischen Anregungsspektrum des Atoms, übereinstimmt und – der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz (7') von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung des optischen Übergangs übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Frequenzvervielfachung und/oder Summenfrequenzerzeugung umgewandelte Strahlung ohne nachfolgende Modulation in den Himmel abgestrahlt wird.