DE102023110359B3 - Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation - Google Patents

Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation Download PDF

Info

Publication number
DE102023110359B3
DE102023110359B3 DE102023110359.8A DE102023110359A DE102023110359B3 DE 102023110359 B3 DE102023110359 B3 DE 102023110359B3 DE 102023110359 A DE102023110359 A DE 102023110359A DE 102023110359 B3 DE102023110359 B3 DE 102023110359B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
modulation
laser
laser radiation
amplitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102023110359.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Manfred Hager
Martin Enderlein
Sebastian Hepp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toptica Projects GmbH
Original Assignee
Toptica Projects GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toptica Projects GmbH filed Critical Toptica Projects GmbH
Priority to DE102023110359.8A priority Critical patent/DE102023110359B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102023110359B3 publication Critical patent/DE102023110359B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Es besteht Bedarf nach Lasersystemen, die auf praktikable Art und Weise einseitenbandmodulierte Laserstrahlung erzeugen, und zwar mit einem Frequenzabstand zwischen Träger und Seitenband im (hohen) MHz- bis GHz-Bereich. Hierzu schlägt die Erfindung ein Lasersystem vor, das eine Laserlichtquelle (1) aufweist, die Laserstrahlung (2) emittiert. Eine erste Modulationseinrichtung ist zur Frequenzmodulation der Laserstrahlung (2) vorgesehen, wobei die Frequenzmodulation mit einem Frequenzmodulationshub bei einer Modulationsfrequenz erfolgt. Eine von der ersten Modulationseinrichtung unabhängige zweite Modulationseinrichtung ist zur Amplitudenmodulation der Laserstrahlung vorgesehen, wobei die Amplitudenmodulation mit einem Amplitudenmodulationshub bei derselben Modulationsfrequenz erfolgt. Die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation sind phasenstarr aneinander gekoppelt, wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung einen Träger (4', 4") und ein einziges Seitenband (5', 5") aufweist, das von dem Träger (4', 4") um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.There is a need for laser systems that generate single-sideband modulated laser radiation in a practical manner, with a frequency spacing between carrier and sideband in the (high) MHz to GHz range. To this end, the invention proposes a laser system that has a laser light source (1) that emits laser radiation (2). A first modulation device is provided for frequency modulation of the laser radiation (2), wherein the frequency modulation takes place with a frequency modulation swing at a modulation frequency. A second modulation device that is independent of the first modulation device is provided for amplitude modulation of the laser radiation, wherein the amplitude modulation takes place with an amplitude modulation swing at the same modulation frequency. The frequency modulation and the amplitude modulation are coupled to one another in a phase-locked manner, wherein the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency- and amplitude-modulated laser radiation has a carrier (4', 4") and a single sideband (5', 5") which is spaced from the carrier (4', 4") by the amount of the modulation frequency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem mit einer Laserlichtquelle und einer Modulationseinrichtung zur Modulation der Laserstrahlung, so dass das Spektrum der Laserstrahlung einen Träger und ein Seitenband umfasst.The invention relates to a laser system with a laser light source and a modulation device for modulating the laser radiation so that the spectrum of the laser radiation comprises a carrier and a sideband.

Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Lasersystems zur Erzeugung eines künstlichen Leitsterns oder zur Anregung von optischen Übergängen in einem Quanteninformationssystem.Furthermore, the invention relates to the use of such a laser system for generating an artificial guide star or for exciting optical transitions in a quantum information system.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung einseitenbandmodulierter Laserstrahlung.Finally, the invention also relates to a method for generating single-sideband modulated laser radiation.

Bekannte Lasersysteme verwenden seitenbandmodulierte Laserstrahlung, die verstärkt und z.B. frequenzverdoppelt wird. Diese kann beispielsweise verwendet werden, um Natriumatome in der Mesosphäre resonant zur Fluoreszenz anzuregen. Auf diese Weise entsteht ein punktförmiger künstlicher Stern („Leitstern“ oder engl. „guide star“), der als Referenz für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik benutzt werden kann. Die Anforderungen an geeignete Lasersysteme zur Erzeugung solcher 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 insbesondere die Hyperfeinaufspaltung der angeregten Fluoreszenzlinie. Die Hyperfeinaufspaltung bewirkt, dass das Fluoreszenzelektron nach einigen Anregungszyklen in einen nicht resonanten Zustand optisch gepumpt werden kann, einen Zustand also, aus dem es keinen resonanten optischen Übergang bei der Laserfrequenz (Fluoreszenzfrequenz) gibt. Danach steht das Elektron für die Fluoreszenz nicht mehr zur Verfügung, was einen sofortigen Verlust des zugehörigen Atoms für die Fluoreszenzrückstreuung bedeutet. Dem kann dadurch begegnet werden, dass dem Laserlicht eine zweite spektrale Komponente hinzugefügt wird, nämlich neben jener bei der Fluoreszenzfrequenz eine bei einer sogenannten 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 „zurückgepumpt“ wird und somit wieder dem Fluoreszenzprozess zur Verfügung steht. Auf diese Weise lässt sich die Intensität des Fluoreszenzlichts deutlich erhöhen. Die Rückpumpfrequenz wird typischerweise durch eine Frequenzmodulation (Seitenbandmodulation) des Lasers erzeugt. Das Laserspektrum besteht in diesem Fall aus einem Träger bei der Fluoreszenzfrequenz und mindestens einem Seitenband bei der Rückpumpfrequenz.Known laser systems use sideband-modulated laser radiation that is amplified and, for example, frequency-doubled. This can be used, for example, to resonantly excite sodium atoms in the mesosphere to fluoresce. This creates a point-shaped artificial star ("guide star") that can be used as a reference for astronomical telescopes with adaptive optics. The requirements for suitable laser systems to create such artificial guide stars are high. Ideally, a high power of 20 W or more is required, with a line width of a few GHz to less than 5 MHz at the sodium resonance of 589 nm (sodium D line). In order to achieve sufficient intensity of the artificial guide star, the interaction between the laser and the few sodium atoms in the mesosphere must be as intensive as possible. It should be noted that the electronic excitation scheme of the sodium atom is not a pure 2-level system. The hyperfine splitting of the excited fluorescence line is particularly important. The hyperfine splitting means that the fluorescence electron can be optically pumped into a non-resonant state after a few excitation cycles, i.e. a state from which there is no resonant optical transition at the laser frequency (fluorescence frequency). After that, the electron is no longer available for fluorescence, which means an immediate loss of the associated atom for fluorescence backscattering. This can be counteracted by adding a second spectral component to the laser light, namely one at a so-called pump-back frequency in addition to the one at the fluorescence frequency. The fluorescence frequency excites the fluorescence of the corresponding sodium resonance. The pump-back frequency is detuned from the fluorescence frequency by the amount corresponding to the hyperfine splitting of the sodium line in question and causes the excitation electron to be "pumped back" from the non-resonant state and thus to be available for the fluorescence process again. In this way, the intensity of the fluorescent light can be significantly increased. The pump-back frequency is typically generated by frequency modulation (sideband modulation) of the laser. In this case, the laser spectrum consists of a carrier at the fluorescence frequency and at least one sideband at the pump-back frequency.

In bekannten Lasersystemen wird als Laserlichtquelle ein Halbleiterlaser eingesetzt, wobei die Erzeugung des Rückpumpseitenbandes durch eine Sinusmodulation des Injektionsstromes der Laserdiode erfolgt. Alternativ kann die Modulation der Laserstrahlung mit Hilfe eines im Strahlengang hinter der Laserlichtquelle angeordneten elektrooptischen Modulators erfolgen. Durch die Sinusmodulation entstehen immer symmetrisch um den Träger angeordnete Seitenbänder, d.h. mit niedrigerer und höherer Frequenz als der Träger. Für die Anwendung wird jedoch in der Regel nur eines der Seitenbänder benötigt, das zweite Seitenband stört im besten Fall die Anwendung zumindest nicht.In known laser systems, a semiconductor laser is used as the laser light source, whereby the pump-back sideband is generated by a sinusoidal modulation of the laser diode's injection current. Alternatively, the laser radiation can be modulated using an electro-optical modulator arranged in the beam path behind the laser light source. The sinusoidal modulation always creates sidebands arranged symmetrically around the carrier, i.e. with a lower and higher frequency than the carrier. However, only one of the sidebands is usually required for the application; in the best case, the second sideband at least does not interfere with the application.

Bei derartigen Lasersystemen kann es nachteilig sein, dass der Teil der optischen Leistung im ungenutzten Seitenband nicht zur Erhöhung der Fluoreszenz beiträgt und somit die Effizienz des Lasers bei der Erzeugung von Fluoreszenzlicht verringert. Im tatsächlich genutzten Seitenband steht entsprechend weniger Leistung zur Verfügung. Darüber hinaus ist es möglich, dass das ungenutzte zweite Seitenband in vielen Anwendungen zusätzliches Streulicht (Rayleigh-Streuung) erzeugt und damit das Signal/Rauschverhältnis verringert.A disadvantage of such laser systems can be that the part of the optical power in the unused sideband does not contribute to increasing the fluorescence and thus reduces the efficiency of the laser in generating fluorescent light. Accordingly, less power is available in the sideband that is actually used. In addition, it is possible that the unused second sideband generates additional scattered light (Rayleigh scattering) in many applications and thus reduces the signal-to-noise ratio.

Im Kontext des per Laser erzeugten künstlichen Leitsterns kann ein Spektrum der verwendeten Laserstrahlung ohne überflüssiges zweites Seitenband weitere signifikante Vorteile haben: Zur Erhöhung der Kopplung der Laserstrahlung an den atomaren Übergang kommt häufig eine Frequenzmodulation des Lasers („Chirping“) zum Einsatz, bei der die Wechselwirkung des Lasers mit verschiedenen Geschwindigkeitsklassen des atomaren Ensembles kontrolliert wird. Jede unnötige Frequenzkomponente im Laserspektrum kann die Effizienz dieses Verfahrens reduzieren. Darüber hinaus können mit dem schmalbandigen Laser sowohl bei der Frequenz des Trägers als auch bei den Frequenzen der Seitenbänder Raman-Signale erzeugt werden (siehe z.B. auch Vogt et al., „Detection and Implications of Laser-Induced Raman Scattering at Astronomical Observatories“, Phys. Rev. X, 2017), die die verwendeten Instrumente stören. Mit einseitenbandmodulierter (OSSB - „optical single-sideband“) Laserstrahlung kann die Anzahl der Raman-Linien um bis zu einem Drittel reduziert werden.In the context of the artificial guide star generated by a laser, a spectrum of the laser radiation used without a superfluous second sideband can have further significant advantages: To increase the coupling of the laser radiation to the atomic transition, frequency modulation of the laser ("chirping") is often used, in which the interaction of the laser with different velocity classes of the atomic ensemble is controlled. Any unnecessary frequency component in the laser spectrum can reduce the efficiency of this process. In addition, the narrowband laser can generate Raman signals at both the carrier frequency and the sideband frequencies (see e.g. Vogt et al., "Detection and Implications of Laser-Induced Raman Scattering at Astronomical Observatories", Phys. Rev. X, 2017), which interfere with the instruments used. With single-sideband modulated (OSSB - "optical single-sideband") laser radiation, the number of Raman lines can be reduced by up to a third.

Der Frequenzabstand zwischen Träger und Seitenband liegt bei den interessierenden Anwendungen im hohen MHz bis GHz-Bereich (z.B. 1,7 GHz bei der Natrium-Hyperfeinaufspaltung). Die direkte Erzeugung einseitenbandmodulierter Laserstrahlung z.B. durch serrodyne (Sägezahn-) Modulation ist auf Grund der beteiligten hochfrequenten Fourier-Komponenten praktisch kaum umzusetzen.The frequency spacing between carrier and sideband in the applications of interest is in the high MHz to GHz range (eg 1.7 GHz in sodium hyperfine splitting). The direct generation of single-sideband modulated laser radiation, eg by serrodyne (sawtooth) modulation, is practically impossible to implement due to the high-frequency Fourier components involved.

Seitenbandmodulierte, insbesondere einseitenbandmodulierte Laserstrahlung ist außer zur Erzeugung von künstlichen Leitsternen in der Astronomie auch für andere Anwendungen von Interesse. In vielen Anwendungen der Atomphysik, Quantentechnologie, einschl. der Quanteninformationstechnologie und Spektroskopie ist es wesentlich, die Zeitdauer der Interaktion eines Laserstrahls mit einem Atom oder einem Ensemble von Atomen zu maximieren. Zu diesen Anwendungen gehören unter anderem die Laserkühlung von Atomen sowie ganz allgemein die Erzeugung von Fluoreszenzsignalen, z.B. in der Spektroskopie. Für eine Maximierung der Wechselwirkungszeit werden hier häufig Zweiniveausysteme verwendet, die eine zyklische Anregung erlauben. Beispiele hierfür sind generell Alkaliatome oder Erdalkaliionen, bei denen wiederum die Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand zu berücksichtigen ist. Um die Effizienz bei der Laserkühlung oder der Erzeugung von Resonanzfluoreszenz dieser Alkaliatomen oder Erdalkaliionen zu erhöhen, ist es daher auch hier hilfreich und üblich, neben dem Träger, der den quasi-zyklischen Übergang im Atom treibt, eine zweite Laserfrequenz (typischerweise mittels eines kompletten zweiten Lasersystems) zusätzlich zur Verfügung zu stellen, wobei der Frequenzabstand beider Komponenten der Hyperfeinaufspaltung des atomaren Grundzustandes entspricht, um die Atome durch optisches Pumpen zurück in den Grundzustand des quasi-zyklischen Übergangs zu bringen, damit sie zur Fluoreszenz beitragen können.Sideband-modulated, particularly single-sideband-modulated laser radiation is of interest for other applications besides the generation of artificial guide stars in astronomy. In many applications in atomic physics, quantum technology, including quantum information technology, and spectroscopy, it is essential to maximize the duration of interaction between a laser beam and an atom or an ensemble of atoms. These applications include laser cooling of atoms and, more generally, the generation of fluorescence signals, e.g. in spectroscopy. To maximize the interaction time, two-level systems are often used that allow cyclic excitation. Examples of this are generally alkali atoms or alkaline earth ions, where hyperfine splitting in the ground state must be taken into account. In order to increase the efficiency of laser cooling or the generation of resonance fluorescence of these alkali atoms or alkaline earth ions, it is therefore helpful and common to provide a second laser frequency (typically by means of a complete second laser system) in addition to the carrier that drives the quasi-cyclic transition in the atom, whereby the frequency spacing of both components corresponds to the hyperfine splitting of the atomic ground state in order to bring the atoms back to the ground state of the quasi-cyclic transition by optical pumping so that they can contribute to the fluorescence.

Das bei herkömmlich modulierter Laserstrahlung stets vorhandene zweite Seitenband nimmt in jedem Fall optische Leistung in Anspruch, was insbesondere nachteilig ist, wenn der Laser an seiner Leistungsgrenze betrieben wird.The second sideband, which is always present in conventionally modulated laser radiation, always requires optical power, which is particularly disadvantageous when the laser is operated at its power limit.

Es besteht vor diesem Hintergrund Bedarf nach einem Lasersystem und einem Verfahren, die auf praktikable Art und Weise einseitenbandmodulierte Laserstrahlung erzeugen, und zwar mit einem Frequenzabstand zwischen Träger und Seitenband im (hohen) MHz- bis GHz-Bereich.Against this background, there is a need for a laser system and a method that generate single-sideband modulated laser radiation in a practical manner, with a frequency spacing between carrier and sideband in the (high) MHz to GHz range.

Hierzu schlägt die Erfindung ein Lasersystem vor, das Folgendes umfasst:

  • - eine Laserlichtquelle, dazu eingerichtet, im Betrieb des Lasersystems Laserstrahlung zu emittieren,
  • - eine erste Modulationseinrichtung, eingerichtet zur Frequenzmodulation der Laserstrahlung, wobei die Frequenzmodulation mit einem Frequenzmodulationshub bei einer Modulationsfrequenz erfolgt,
  • - eine von der ersten Modulationseinrichtung unabhängige zweite Modulationseinrichtung, eingerichtet zur Amplitudenmodulation der Laserstrahlung, wobei die Amplitudenmodulation mit einem Amplitudenmodulationshub bei der Modulationsfrequenz erfolgt,
wobei die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation phasenstarr aneinander gekoppelt sind und wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung einen Träger und ein einziges Seitenband aufweist, das von dem Träger um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.For this purpose, the invention proposes a laser system comprising:
  • - a laser light source designed to emit laser radiation during operation of the laser system,
  • - a first modulation device, arranged for frequency modulation of the laser radiation, wherein the frequency modulation is carried out with a frequency modulation swing at a modulation frequency,
  • - a second modulation device which is independent of the first modulation device and is designed for amplitude modulation of the laser radiation, wherein the amplitude modulation is carried out with an amplitude modulation swing at the modulation frequency,
wherein the frequency modulation and the amplitude modulation are coupled to one another in a phase-locked manner and wherein the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency- and amplitude-modulated laser radiation has a carrier and a single sideband which is spaced from the carrier by the amount of the modulation frequency.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist durch eine Verkettung von Frequenz- und Amplitudenmodulation eines optischen Trägersignals (d.h. der von der Laserlichtquelle erzeugten Laserstrahlung) bei geeigneter Parameterwahl hinsichtlich Modulationshub und relativer Phase von Frequenz- und Amplitudenmodulation ein Einseitenbandspektrum zu erzeugen, d.h. ein Spektrum, das einen Träger und ein einziges Seitenband aufweist, wobei das Seitenband im Spektrum von dem Träger, d.h. von der Frequenz des Trägersignals, um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.The invention is based on the finding that it is possible to generate a single-sideband spectrum, i.e. a spectrum that has a carrier and a single sideband, by concatenating frequency and amplitude modulation of an optical carrier signal (i.e. the laser radiation generated by the laser light source) with suitable parameter selection with regard to modulation range and relative phase of frequency and amplitude modulation, wherein the sideband in the spectrum is spaced from the carrier, i.e. from the frequency of the carrier signal, by the amount of the modulation frequency.

Dieser Ansatz ist auch mit realen Modulationstechniken umsetzbar, die selten eine reine Frequenzmodulation bzw. eine reine Amplitudenmodulation erzeugen, sondern meist eine Mischung aus beiden Modulationsarten aufweisen. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Frequenzmodulation somit eine Modulation zu verstehen, die vorwiegend eine Frequenzmodulation der Laserstrahlung bewirkt. Entsprechend ist eine Amplitudenmodulation im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Modulation, die vorwiegend eine Amplitudenmodulation der Laserstrahlung bewirkt. Mit anderen Worten unterscheiden sich die erste und die zweite Modulationseinrichtung hinsichtlich ihres jeweiligen Modulationshubs der Frequenz- und Amplitudenmodulation voneinander. Bei der ersten Modulationseinrichtung ist der Modulationshub der Frequenzmodulation größer als bei der zweiten Modulationseinrichtung, entsprechend ist der Modulationshub der Amplitudenmodulation bei der ersten Modulationseinrichtung kleiner als bei der zweiten Modulationseinrichtung. Es zeigt sich, dass durch geeignete Einstellung der Modulationsparameter immer dann ein Einseitenbandspektrum erzeugt werden kann, wenn die durch die einzelnen Modulatoren aufgeprägten Modulationen unterschiedliche Anteile aus Frequenzmodulation und Amplitudenmodulation aufweisen.This approach can also be implemented with real modulation techniques, which rarely produce pure frequency modulation or pure amplitude modulation, but usually have a mixture of both types of modulation. In the sense of the invention, frequency modulation is therefore to be understood as a modulation that predominantly causes a frequency modulation of the laser radiation. Accordingly, amplitude modulation in the sense of the present disclosure is a modulation that predominantly causes an amplitude modulation of the laser radiation. In other words, the first and the second modulation device differ from one another with regard to their respective modulation swing of the frequency and amplitude modulation. In the first modulation device, the modulation swing of the frequency modulation is larger than in the second modulation device, and accordingly the modulation swing of the amplitude modulation in the first modulation device is smaller than in the second modulation device. It can be seen that by suitably setting the modulation parameters, a one-sided band spectrum can be generated if the modulations imposed by the individual modulators have different proportions of frequency modulation and amplitude modulation.

Hinzuweisen ist darauf, dass die Bezeichnungen erste und zweite Modulationseinrichtung keine spezifische Reihenfolge der Anordnung im Strahlengang der Laserstrahlung implizieren. Eine Amplitudenmodulation nach vorangehender Frequenzmodulation der Laserstrahlung ist ebenso wie die umgekehrte Reihenfolge möglich.It should be noted that the terms first and second modulation device do not imply a specific order of arrangement in the beam path of the laser radiation. Amplitude modulation after preceding frequency modulation of the laser radiation is possible, as is the reverse order.

Der Ansatz der Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen:

  • • Durch die Einsparung optischer Leistung für das zusätzliche, nicht notwendige spektrale Seitenband ist es möglich bei gleichbleibender Gesamtleistung eines verwendeten optischen Verstärkersystems die Leistung in den verbleibenden beiden optischen Signalkomponenten (Träger und einziges Seitenband) zu erhöhen. Dies ist besonders relevant, wenn das Lasersystem insgesamt (ohne erfindungsgemäße Lösung) bereits an der Leistungsgrenze betrieben wird, jedoch zusätzliche Ausgangsleistung benötigt wird.
  • • Lasersysteme, bei denen die Frequenz des Trägers oder des Seitenbandes schnell und/oder mit großem Frequenzhub verändert werden soll („Laser Frequency Chirping“), können mit Hilfe der Erfindung effizient realisiert werden. Konventionelle Realisierungen, z.B. mit Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes durch ein spektrales Filter (das nur vergleichsweise langsam hinsichtlich seines Durchlassspektrums nachführbar ist) ermöglichen dies nicht oder nur eingeschränkt.
  • • Die Erfindung ermöglicht die Realisierung von Einseitenband-Lasersystemen bei hohen Modulationsfrequenzen, für die eine serrodyne Modulation (Sägezahn-Wellenform) nicht praktikabel oder zumindest extrem schwierig ist.
  • • Die Erfindung ermöglicht die Erzeugung von einseitenbandmodulierter Laserstrahlung bei Wellenlängen bzw. Frequenzen, für die keine (meist fasergekoppelten) komplexen I/Q-Modulatoren (z.B. dual-drive oder dual-parallel Mach-Zehnder-Modulatoren) zur Verfügung stehen. Im Gegensatz zu dem Ansatz der Erfindung basiert die konventionelle Erzeugung von OSSB-Spektren mit solchen Modulatoren auf dem Zusammenspiel von mehreren elektrooptischen Modulatoren und Phasenschiebern in einer interferometrischen Anordnung. Für die Erhaltung der notwendigen Interferenzbedingungen sind dabei mehrere Regelkreise notwendig. Der Ansatz der Erfindung ist deutlich weniger aufwendig und prinzipiell ohne Einschränkung im Hinblick auf die Wellenlänge umsetzbar.
  • • Die Erfindung ermöglicht die Realisierung von äußerst robusten Einseitenband-Lasersystemen in einer kompakten Bauform (z.B. im Vergleich zu einem schmalbandigen spektralen Filter, dessen Filterfrequenz präzise kontrolliert und stabilisiert werden muss).
  • • Die Erfindung ermöglicht die Realisierung von Einseitenband-Lasersystemen in Kombination mit (nichtlinearen) optischen Verstärkern oder Frequenzkonversionssystemen, die das Spektrum der Laserstrahlung beeinflussen. Hierbei kann die Frequenz- und Amplitudenmodulation gleichsam zu einer „Vorkonditionierung“ der Laserstrahlung verwendet werden, so dass die Laserstrahlung erst am Ausgang erfindungsgemäß das gewünschte einseitenbandmodulierte Spektrum aufweist. Die Einflüsse von Verstärkung bzw. Frequenzkonversion auf das Spektrum werden dabei vorab kompensiert (dazu folgt weiter unten noch Näheres).
  • • Die Erfindung ermöglicht die Realisierung von Einseitenband-Lasersystemen mit Standardkomponenten. Insbesondere kann in üblichen MOPA-Systemen („master oscillator/power amplifier“) eine OSSB-Modulation ganz ohne weitere optische Komponenten realisiert werden.
The approach of the invention has a number of advantages:
  • • By saving optical power for the additional, unnecessary spectral sideband, it is possible to increase the power in the remaining two optical signal components (carrier and single sideband) while maintaining the same overall power of an optical amplifier system. This is particularly relevant if the laser system as a whole (without the solution according to the invention) is already operating at the power limit, but additional output power is required.
  • • Laser systems in which the frequency of the carrier or the sideband is to be changed quickly and/or with a large frequency swing (“laser frequency chirping”) can be efficiently implemented using the invention. Conventional implementations, eg with suppression of the undesired sideband by a spectral filter (which can only be adjusted comparatively slowly with regard to its passband spectrum) do not allow this or only allow it to a limited extent.
  • • The invention enables the realization of single-sideband laser systems at high modulation frequencies for which serrodyne modulation (sawtooth waveform) is not practical or at least extremely difficult.
  • • The invention enables the generation of single-sideband modulated laser radiation at wavelengths or frequencies for which no (usually fiber-coupled) complex I/Q modulators (e.g. dual-drive or dual-parallel Mach-Zehnder modulators) are available. In contrast to the approach of the invention, the conventional generation of OSSB spectra with such modulators is based on the interaction of several electro-optical modulators and phase shifters in an interferometric arrangement. Several control loops are necessary to maintain the necessary interference conditions. The approach of the invention is significantly less complex and can in principle be implemented without any restrictions with regard to the wavelength.
  • • The invention enables the realization of extremely robust single-sideband laser systems in a compact design (e.g. in comparison to a narrow-band spectral filter whose filter frequency must be precisely controlled and stabilized).
  • • The invention enables the realization of single-sideband laser systems in combination with (non-linear) optical amplifiers or frequency conversion systems that influence the spectrum of the laser radiation. In this case, the frequency and amplitude modulation can be used to "precondition" the laser radiation, so that the laser radiation only has the desired single-sideband modulated spectrum at the output according to the invention. The influences of amplification or frequency conversion on the spectrum are compensated in advance (more on this below).
  • • The invention enables the realization of single-sideband laser systems with standard components. In particular, OSSB modulation can be realized in conventional MOPA systems (“master oscillator/power amplifier”) without any additional optical components.

Bei einer möglichen Ausgestaltung ist die Laserlichtquelle ein Diodenlaser mit wenigstens einer Laserdiode, wobei die erste Modulationseinrichtung zur Modulation des Injektionsstroms der Laserdiode eingerichtet ist. Die Modulation des Injektionsstroms ist eine geeignete Methode der Erzeugung von spektralen Seitenbändern. Diese Art der „elektronischen“ Modulation ist besonders einfach realisierbar. Somit kann das Lasersystem deutlich kostengünstiger bereitgestellt werden als Lasersysteme, die mit alternativen Modulatoren, wie beispielsweise elektrooptischen Modulatoren, arbeiten.In one possible embodiment, the laser light source is a diode laser with at least one laser diode, wherein the first modulation device is designed to modulate the injection current of the laser diode. The modulation of the injection current is a suitable method of generating spectral sidebands. This type of "electronic" modulation is particularly easy to implement. The laser system can therefore be provided significantly more cost-effectively than laser systems that work with alternative modulators, such as electro-optical modulators.

Alternativ kann wenigstens eine der ersten und zweiten Modulationseinrichtungen einen elektrooptischen Modulator, einen akustooptischen Modulator, einen Elektroabsorptionsmodulator und/oder einen interferometrischen Modulator umfassen. Derartige Modulatoren sind gängige und kommerziell verfügbare Komponenten, die für Frequenz- bzw. Amplitudenmodulation in dem erfindungsgemäßen Lasersystem in an sich bekannter Weise verwendet werden können.Alternatively, at least one of the first and second modulation devices can comprise an electro-optical modulator, an acousto-optical modulator, an electro-absorption modulator and/or an interferometric modulator. Such modulators are common and commercially available components that can be used for frequency or amplitude modulation in the laser system according to the invention in a manner known per se.

Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung umfasst das Lasersystem zumindest einen optischen Verstärker, eingerichtet zur Verstärkung der Laserstrahlung. Der optische Verstärker dient zur Verstärkung der erzeugten Laserstrahlung bis zur gewünschten Leistung in einer oder mehreren Stufen. Der optische Verstärker kann gleichzeitig z.B. als zweite Modulationseinrichtung ausgebildet sein. Die Verstärkung des optischen Verstärkers kann auf einfache Weise moduliert werden, um eine Amplitudenmodulation der Laserstrahlung zu realisieren. Als optischer Verstärker eignet sich z.B. ein Raman-Faserverstärker, wie er in der EP 2 081 264 A1 offenbart ist. 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. Es sind aber auch andere Verstärker-Arten möglich.In a further possible embodiment, the laser system comprises at least one optical amplifier, designed to amplify the laser radiation. The optical amplifier serves to amplify The optical amplifier can be designed simultaneously as a second modulation device, for example. The gain of the optical amplifier can be modulated in a simple manner in order to realize an amplitude modulation of the laser radiation. A Raman fiber amplifier, such as that used in the EP 2 081 264 A1 In addition, reference is made to the publication of 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) However, other types of amplifiers are also possible.

Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung umfasst das Lasersystem einen nichtlinearen Frequenzkonverter, eingerichtet zur Frequenzkonversion, insbesondere zur Frequenzverdoppelung der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung. Der Frequenzkonverter transformiert die Frequenz der Laserstrahlung in den gewünschten Frequenzbereich, z.B. durch Frequenzverdoppelung und/oder Summenfrequenzerzeugung.In a further possible embodiment, the laser system comprises a non-linear frequency converter, set up for frequency conversion, in particular for frequency doubling of the frequency and amplitude modulated laser radiation. The frequency converter transforms the frequency of the laser radiation into the desired frequency range, e.g. by frequency doubling and/or sum frequency generation.

Bei einer möglichen Ausgestaltung des Lasersystems sind der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung erst am Ausgang des optischen Verstärkers bzw. des nichtlinearen Frequenzkonverters einen Träger und ein einziges Seitenband aufweist. Eine weitere Erkenntnis der Erfindung ist nämlich, dass, wie oben bereits erwähnt, durch die Einstellung von Frequenz- und Amplitudenmodulationshub und relativer Phase von Frequenz- und Amplitudenmodulation eine Art von Vorkonditionierung im Spektrum der modulierten Laserstrahlung angewendet werden kann, die gezielt dafür sorgt, dass erst die am Ende nutzbare Laserstrahlung, d.h. nach Verstärkung und ggf. Frequenzkonversion, das gewünschte Einseitenbandspektrum aufweist. Nach der Frequenz- und Amplitudenmodulation wird das Spektrum der Laserstrahlung dann im Regelfall zunächst noch kein Einseitenbandspektrum sein. Dieses ergibt sich erst nach der Verstärkung und ggf. der Frequenzkonversion. Diese Möglichkeit der Vorkonditionierung ist konventionellen Techniken überlegen, die ein Einseitenbandspektrum nur vor der Verstärkung und Frequenzkonversion erzeugen können. Bei solchen Techniken wird die optische Verstärkung und anschließende Frequenzkonversion nämlich in vielen Fällen dazu führen, dass das Spektrum am Ende doch wieder unerwünschte Seitenbänder aufweist. Dies kann durch die Erfindung vermieden werden.In one possible design of the laser system, the frequency modulation swing, the amplitude modulation swing and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation only has a carrier and a single sideband at the output of the optical amplifier or the non-linear frequency converter. A further finding of the invention is that, as already mentioned above, by setting the frequency and amplitude modulation swing and the relative phase of the frequency and amplitude modulation, a type of preconditioning can be applied in the spectrum of the modulated laser radiation, which specifically ensures that only the laser radiation that can be used at the end, i.e. after amplification and, if necessary, frequency conversion, has the desired single-sideband spectrum. After the frequency and amplitude modulation, the spectrum of the laser radiation will then generally not initially be a single-sideband spectrum. This only arises after amplification and, if necessary, frequency conversion. This preconditioning option is superior to conventional techniques that can only generate a single-sideband spectrum before amplification and frequency conversion. With such techniques, the optical amplification and subsequent frequency conversion will in many cases result in the spectrum ultimately having undesirable sidebands. This can be avoided by the invention.

Im Hinblick auf die eingangs angesprochenen Anwendungen entspricht die Frequenz des Trägers im Spektrum der Laserstrahlung bei einer möglichen Ausgestaltung des Lasersystems einer Fluoreszenzfrequenz und die Frequenz des verbleibenden Seitenbandes einer Rückpumpfrequenz, wobei die Fluoreszenzfrequenz mit der Übergangsfrequenz eines (näherungsweise zyklischen) optischen Übergangs, z.B. in einem Atom, d.h. einer Linie im elektronischen Anregungsspektrum des Atoms, in einem Atomensemble oder in einem atomähnlichen Festkörpersystem (z.B. Quantenpunkt) als Baustein eines Quanteninformationssystems, resonant ist, und der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung des optischen Übergangs übereinstimmt. 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, d.h. 1,7 GHz beträgt. Dieser Frequenzabstand entspricht der Hyperfeinaufspaltung der betreffenden Natriumlinie.With regard to the applications mentioned at the beginning, the frequency of the carrier in the spectrum of the laser radiation in a possible design of the laser system corresponds to a fluorescence frequency and the frequency of the remaining sideband to a pump-back frequency, whereby the fluorescence frequency is resonant with the transition frequency of an (approximately cyclic) optical transition, e.g. in an atom, i.e. a line in the electronic excitation spectrum of the atom, in an atom ensemble or in an atom-like solid-state system (e.g. quantum dot) as a building block of a quantum information system, and the frequency distance of the pump-back frequency from the fluorescence frequency corresponds to the hyperfine splitting of the optical transition. To create an artificial guide star by fluorescence excitation of the sodium atoms in the mesosphere, the fluorescence frequency of the laser radiation should correspond to a wavelength of 589 nm, while the frequency distance of the pump-back frequency from the carrier frequency is 1.7 GHz. This frequency spacing corresponds to the hyperfine splitting of the sodium line in question.

Die Erfindung schlägt außerdem ein Verfahren zur Erzeugung einseitenbandmodulierter Laserstrahlung vor, mit den Schritten

  • - Erzeugung von Laserstrahlung,
  • - Frequenzmodulation der Laserstrahlung mit einem Frequenzmodulationshub bei einer Modulationsfrequenz,
  • - Amplitudenmodulation der Laserstrahlung mit einem Amplitudenmodulationshub bei der Modulationsfrequenz,
wobei die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation phasenstarr aneinander gekoppelt sind und wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung einen Träger und ein einziges Seitenband aufweist, das von dem Träger um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.The invention also proposes a method for generating single-sideband modulated laser radiation, comprising the steps
  • - Generation of laser radiation,
  • - Frequency modulation of the laser radiation with a frequency modulation swing at a modulation frequency,
  • - Amplitude modulation of the laser radiation with an amplitude modulation swing at the modulation frequency,
wherein the frequency modulation and the amplitude modulation are coupled to one another in a phase-locked manner and wherein the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency- and amplitude-modulated laser radiation has a carrier and a single sideband which is spaced from the carrier by the amount of the modulation frequency.

Dabei kann zusätzlich eine optische Verstärkung und/oder eine Frequenzkonversion der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung erfolgen. Dabei werden der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation zweckmäßig in der Weise eingestellt, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung erst nach der optischen Verstärkung und/oder der nichtlinearen Frequenzkonversion einen Träger und ein einziges Seitenband aufweist, das von dem Träger um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.In addition, optical amplification and/or frequency conversion of the frequency and amplitude modulated laser radiation can be carried out. The frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are expediently set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation only contains a carrier and a single side band after the optical amplification and/or the non-linear frequency conversion. band which is spaced from the carrier by the amount of the modulation frequency.

Bei einer möglichen Ausgestaltung wird die Frequenz der Laserstrahlung zusätzlich zu der Frequenzmodulation zwischen einem Anfangswert und einem Endwert periodisch variiert („Chirping“ oder auch „Frequency Chirping“ genannt). Dadurch kann, bei der Laser Guide Star-Anwendung, die Wechselwirkung der Laserstrahlung mit verschiedenen Geschwindigkeitsklassen des Ensembles der Natriumatome in der Mesosphäre kontrolliert werden. Der Frequenzhub des Chirpings wird dabei deutlich größer als derjenige der Frequenzmodulation sein, während die Geschwindigkeit, d.h. die Frequenz des Chirpings deutlich kleiner ist als die Modulationsfrequenz.In one possible design, the frequency of the laser radiation is periodically varied between an initial value and an end value in addition to the frequency modulation (called "chirping" or "frequency chirping"). This makes it possible, in the Laser Guide Star application, to control the interaction of the laser radiation with different speed classes of the ensemble of sodium atoms in the mesosphere. The frequency swing of the chirping will be significantly greater than that of the frequency modulation, while the speed, i.e. the frequency of the chirping, is significantly smaller than the modulation frequency.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Lasersystems;
  • 2: Spektren der Laserstrahlung nach Frequenzmodulation (a) und Amplitudenmodulation (b);
  • 3: schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Lasersystems;
  • 4: Spektren der Laserstrahlung nach Frequenz- und Amplitudenmodulation (a), nach Frequenzkonversion (b) und nach Frequenzkonversion mit Anpassung der Modulationsparameter (c);
  • 5 schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Lasersystems.
In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the figures. They show:
  • 1 : schematic representation of a first embodiment of a laser system;
  • 2 : Spectra of the laser radiation after frequency modulation (a) and amplitude modulation (b);
  • 3 : schematic representation of a second embodiment of a laser system;
  • 4 : Spectra of the laser radiation after frequency and amplitude modulation (a), after frequency conversion (b) and after frequency conversion with adjustment of the modulation parameters (c);
  • 5 Schematic representation of a third embodiment of a laser system.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche und korrespondierende Elemente jeweils gleiche Bezugszeichen und gleiche Begriffe verwendet.In the following description of the figures, the same reference symbols and terms are used for identical and corresponding elements.

Das Lasersystem der 1 umfasst einen Diodenlaser 1 als Laserlichtquelle, die Laserstrahlung 2 emittiert. Ein erster Ausgang eines Hochfrequenzsignalgebers 3 ist mit einem elektronischen Signaleingang des Diodenlasers 1 verbunden, sodass der Injektionsstrom einer (nicht dargestellten) Laserdiode des Diodenlasers 1 entsprechend dem zugeführten Signal mit einer Modulationsfrequenz moduliert wird. Dies bewirkt eine Frequenzmodulation der Laserstrahlung 2. Der Hochfrequenzsignalgeber 3 bildet mit der Laserdiode somit eine erste Modulationseinrichtung im Sinne der Erfindung.The laser system of 1 comprises a diode laser 1 as a laser light source that emits laser radiation 2. A first output of a high-frequency signal generator 3 is connected to an electronic signal input of the diode laser 1, so that the injection current of a laser diode (not shown) of the diode laser 1 is modulated with a modulation frequency in accordance with the supplied signal. This causes a frequency modulation of the laser radiation 2. The high-frequency signal generator 3 thus forms a first modulation device with the laser diode in the sense of the invention.

2a) zeigt das typische Spektrum (Intensität I als Funktion der Frequenz f) der so frequenzmodulierten Laserstrahlung 2 mit einem Träger 4 und zwei Seitenbändern 5 und 6, die symmetrisch zum Träger 4 angeordnet sind. Der Abstand zwischen Träger 4 und jedem der Seitenbänder 5, 6 ist gleich der Modulationsfrequenz, d.h. der Frequenz des Ausgangssignals des Hochfrequenzsignalgebers 3. 2a) shows the typical spectrum (intensity I as a function of frequency f) of the laser radiation 2 frequency-modulated in this way with a carrier 4 and two sidebands 5 and 6, which are arranged symmetrically to the carrier 4. The distance between the carrier 4 and each of the sidebands 5, 6 is equal to the modulation frequency, ie the frequency of the output signal of the high-frequency signal generator 3.

Dem Diodenlaser 1 ist in 1 im Strahlengang ein optischer Verstärker 7 nachgeschaltet. Dieser emittiert an seinem Ausgang verstärkte Laserstrahlung 2'. Der Verstärker 7 weist einen elektronischen Signaleingang auf, der über einen Phasenschieber 8 an einen zweiten Ausgang des Hochfrequenzsignalgebers 3 gekoppelt ist. Das dem Verstärker 7 durch den Signaleingang zugeführte Signal bewirkt eine Modulation der optischen Verstärkung, d.h. eine Amplitudenmodulation der Laserstrahlung 2'. Somit bildet der Hochfrequenzsignalgeber 3 mit dem Verstärker 7 eine zweite Modulationseinrichtung im Sinne der Erfindung.The diode laser 1 is in 1 An optical amplifier 7 is connected downstream in the beam path. This emits amplified laser radiation 2' at its output. The amplifier 7 has an electronic signal input which is coupled to a second output of the high-frequency signal generator 3 via a phase shifter 8. The signal fed to the amplifier 7 through the signal input causes a modulation of the optical amplification, ie an amplitude modulation of the laser radiation 2'. The high-frequency signal generator 3 and the amplifier 7 thus form a second modulation device in the sense of the invention.

Das Signal an dem zweiten Ausgang des Hochfrequenzsignalgebers 3 weist eine feste Phasenbeziehung zu dem an dem ersten Ausgang anliegenden Signal auf. Die an den beiden Ausgängen anliegenden Signale sind also phasenstarr gekoppelt. Entsprechend sind die Frequenz- und Amplitudenmodulation der Laserstrahlung phasenstarr gekoppelt. Die Signalamplituden an den beiden Ausgängen des Hochfrequenzsignalgebers 3 (und damit der Frequenzmodulationshub und der Amplitudenmodulationshub) sind demgegenüber frei einstellbar. Durch den Phasenschieber 8 ist außerdem die relative Phase zwischen den dem Diodenlaser 1 und dem Verstärker 7 zugeführten Modulationssignalen, d.h. die relative Phase zwischen Frequenz- und Amplitudenmodulation, einstellbar.The signal at the second output of the high-frequency signal generator 3 has a fixed phase relationship to the signal at the first output. The signals at the two outputs are therefore coupled in a phase-locked manner. The frequency and amplitude modulation of the laser radiation are correspondingly coupled in a phase-locked manner. The signal amplitudes at the two outputs of the high-frequency signal generator 3 (and thus the frequency modulation swing and the amplitude modulation swing) are, in contrast, freely adjustable. The phase shifter 8 also allows the relative phase between the modulation signals fed to the diode laser 1 and the amplifier 7, i.e. the relative phase between frequency and amplitude modulation, to be adjusted.

Die 2b) zeigt das Spektrum der Laserstrahlung 2' am Ausgang des Verstärkers 7. Es ist zu erkennen, dass durch geeignete Wahl der Modulationsparameter, d.h. des Frequenzmodulationshubs, des Amplitudenmodulationshubs und der relativen Phase, eine Einseitenbandmodulation erzielt wird. Das Spektrum zeigt den Träger 4' sowie gegenüber 2a) nur ein einziges Seitenband 5'. In der Praxis möglicherweise auftretende geringfügige Spektralanteile bei weiteren Seitenbandfrequenzen, wie sie in 2b) schwach zu erkennen sind, können ignoriert werden. Die Intensität des einzigen Seitenbandes 5' ist um wenigstens eine Größenordnung stärker.The 2 B) shows the spectrum of the laser radiation 2' at the output of the amplifier 7. It can be seen that a single-sideband modulation is achieved by a suitable choice of the modulation parameters, ie the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase. The spectrum shows the carrier 4' as well as 2a) only a single sideband 5'. In practice, minor spectral components at other sideband frequencies, as in 2 B) faintly visible can be ignored. The intensity of the only sideband 5' is at least an order of magnitude stronger.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist dem optischen Verstärker 7 noch ein nichtlinearer Frequenzkonverter 9 nachgeschaltet, der an seinem Ausgang eine gegenüber der Laserstrahlung 2' frequenzkonvertierte Laserstrahlung 2" emittiert.In the embodiment of the 3 A non-linear frequency converter 9 is connected downstream of the optical amplifier 7, which emits at its output a laser radiation 2" which is frequency-converted with respect to the laser radiation 2'.

4a) zeigt das Spektrum der einseitenbandmodulierten Laserstrahlung 2' am Ausgang des Verstärkers 7, analog zu 2b). 4b) zeigt das dazu korrespondierende Spektrum der Laserstrahlung 2" am Ausgang des Frequenzkonverters 9. Zu erkennen ist, dass das Spektrum nun wiederum einen (frequenzkonvertierten) Träger 4" und zwei Seitenbänder 5", 6" aufweist. Durch die nichtlineare Frequenzkonversion sind aus dem Spektrum der 4a) wiederum zwei Seitenbänder 5", 6" entstanden. Durch geeignete Anpassung der Modulationsparameter, d.h. des Frequenzmodulationshubs, des Amplitudenmodulationshubs und der relativen Phase in der Anordnung der 3, kann jedoch auch bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum eine Einseitenbandmodulation erzielt werden, wie die 4c) zeigt. Bei den zu 4c) korrespondierenden Modulationsparametern ist die Laserstrahlung 2' am Ausgang des Verstärkers 7 nun allerdings nicht mehr einseitenbandmoduliert. Diese Modulationsparameter bewirken jedoch eine Vorkonditionierung der Laserstrahlung 2' in der Weise, dass sich am Ausgang des Frequenzkonverters 9, d.h. in der Laserstrahlung 2" wiederum die gewünschte Einseitenbandmodulation nur mit (frequenzkonvertiertem) Träger 4" und Seitenband 5" ergibt. 4a) shows the spectrum of the single sideband modulated laser radiation 2' at the output of the amplifier 7, analogous to 2 B) . 4b) shows the corresponding spectrum of the laser radiation 2" at the output of the frequency converter 9. It can be seen that the spectrum now again has a (frequency-converted) carrier 4" and two sidebands 5", 6". Due to the non-linear frequency conversion, the spectrum of the 4a) two sidebands 5", 6" were created. By appropriate adjustment of the modulation parameters, ie the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase in the arrangement of the 3 , however, even in this embodiment, a single sideband modulation can be achieved, as the 4c ) shows. In the 4c ) corresponding modulation parameters, the laser radiation 2' at the output of the amplifier 7 is now no longer single-sideband modulated. However, these modulation parameters cause a preconditioning of the laser radiation 2' in such a way that the desired single-sideband modulation only with (frequency-converted) carrier 4" and sideband 5" is again obtained at the output of the frequency converter 9, ie in the laser radiation 2".

Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie es sich z.B. für die angesprochene Laser Guide Star-Anwendung eignet. Das in der 1 gezeigte Lasersystem umfasst wiederum eine Laserlichtquelle 1, bei der es sich um einen Diodenlaser handelt. Die Laserlichtquelle 1 ist mit dem Hochfrequenzsignalgeber 3 verbunden, so dass der Injektionsstrom der (nicht dargestellten) Laserdiode der Laserlichtquelle 1 hochfrequent moduliert wird. Die Modulationsfrequenz beträgt 1,7 GHz. Durch diese Modulationsfrequenz erhält das Spektrum der von der Laserlichtquelle 1 emittierten Strahlung ein Seitenband, das Grundlage für die Erzeugung von Strahlung bei der Rückpumpfrequenz entsprechend der Hyperfeinaufspaltung der Natrium-D-Linie ist. 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 beiden Seitenbändern beträgt entsprechend der Modulationsfrequenz +-1,7 GHz. Die frequenzmodulierte Laserstrahlung wird über eine optische Faser einem nicht modulierten Halbleiterverstärker 10 als erste Verstärkungsstufe zugeführt. Diesem nachgeschaltet ist, wiederum über eine optische Faser angebunden, ein von dem zweiten Ausgang des Hochfrequenzsignalgebers 3 über den Phasenschieber 8 angesteuerter Amplitudenmodulator 11 auf Basis eines elektrooptischen Modulators. Die Modulationseigenschaften (hinsichtlich der Anteile von Frequenz- und Amplitudenmodulation) des Amplitudenmodulators 11 unterscheiden sich deutlich von denjenigen der Diodenlasers 1, was für das Prinzip der Erfindung vorteilhaft ist. Von dem Amplitudenmodulator 11 gelangt die Laserstrahlung wiederum über eine optische Faser zu einem Raman-Faserverstärker 12. Die (nicht dargestellte) Verstärkerfaser des Faserverstärkers 12 wird mittels eines (nicht dargestellten) Pumplasers optisch gepumpt. Der Raman-Faserverstärker 12 verstärkt die Laserstrahlung bei der Trägerfrequenz und bei den Seitenbandfrequenzen. Die Verstärkungsbandbreite des Raman-Faserverstärkers 12 ist entsprechend groß. Am Ausgang des Raman-Faserverstärkers 12 beträgt die Leistung der Laserstrahlung insgesamt ca. 30 bis 40 W, sogar mehr als 100 W sind praktisch realisierbar. Die so verstärkte Laserstrahlung wird schließlich einem resonanten Frequenzkonverter 13 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen nichtlinearen Kristall, der sich innerhalb eines optischen Resonators befindet (beides nicht dargestellt). Der (doppelresonante) Frequenzkonverter 13 wandelt die verstärkte Strahlung durch Frequenzverdoppelung und Summenfrequenzerzeugung um. Das Spektrum der einseitenbandmodulierten Laserstrahlung am Ausgang des Frequenzkonverters 13 umfasst dann, bei entsprechender Einstellung der Modulationsparameter, Intensitäten bei einer Fluoreszenzfrequenz (Träger) und einer Rückpumpfrequenz (Seitenband), 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 Frequenzkonverters 13 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. Das einseitenbandmodulierte Spektrum der verstärkten Laserstrahlung ergibt sich nach der Frequenzverdoppelung bzw. Summenfrequenzerzeugung mittels des Frequenzkonverters 13. Es wird der Träger bei der Fluoreszenzfrequenz von 589 nm erzeugt. Diese zentrale Spektrallinie entsteht durch Frequenzverdopplung der ursprünglichen Trägerfrequenz. Weiterhin zeigt das verstärkte Spektrum ein einziges Seitenband, das von der Fluoreszenzfrequenz um 1,7 GHz beabstandet sind. Dieses Seitenband entsteht durch Summenfrequenzerzeugung aus dem Träger und dem Seitenband des ursprünglichen Spektrums (der Laserstrahlung am Ausgang des Raman-Faserverstärkers 12). Das durch Summenfrequenzerzeugung erhaltene Seitenband bei 1,7 GHz liegt bei der Rückpumpfrequenz vor. Für eine hohe Fluoreszenzausbeute sollte die Intensität bei der Rückpumpfrequenz wenigstens 10 % der Intensität bei der Fluoreszenzfrequenz betragen. Um dies zu erreichen, wird die Summenfrequenzerzeugung eingesetzt. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die resultierende Intensität bei der Summenfrequenzerzeugung wie die Produkte der Intensitäten der fundamentalen Lichtfelder verhalten.The 5 shows an example of how it is suitable for the Laser Guide Star application mentioned. The 1 The laser system shown again comprises a laser light source 1, which is a diode laser. The laser light source 1 is connected to the high-frequency signal generator 3, so that the injection current of the laser diode (not shown) of the laser light source 1 is modulated at high frequency. The modulation frequency is 1.7 GHz. This modulation frequency gives the spectrum of the radiation emitted by the laser light source 1 a sideband, which is the basis for the generation of radiation at the pump-back frequency corresponding to the hyperfine splitting of the sodium D line. The spectrum of the radiation emitted by the laser light source 1 has a component at a carrier frequency of 1178 nm. The frequency spacing from the carrier frequency to the two sidebands is +-1.7 GHz, corresponding to the modulation frequency. The frequency-modulated laser radiation is fed via an optical fiber to a non-modulated semiconductor amplifier 10 as the first amplification stage. Downstream of this, again connected via an optical fiber, is an amplitude modulator 11 based on an electro-optical modulator, which is controlled by the second output of the high-frequency signal generator 3 via the phase shifter 8. The modulation properties (with regard to the proportions of frequency and amplitude modulation) of the amplitude modulator 11 differ significantly from those of the diode laser 1, which is advantageous for the principle of the invention. From the amplitude modulator 11, the laser radiation again reaches a Raman fiber amplifier 12 via an optical fiber. The amplifier fiber (not shown) of the fiber amplifier 12 is optically pumped by means of a pump laser (not shown). The Raman fiber amplifier 12 amplifies the laser radiation at the carrier frequency and at the sideband frequencies. The amplification bandwidth of the Raman fiber amplifier 12 is correspondingly large. At the output of the Raman fiber amplifier 12, the total power of the laser radiation is approximately 30 to 40 W, even more than 100 W is practically feasible. The laser radiation amplified in this way is finally fed to a resonant frequency converter 13. This is a non-linear crystal located within an optical resonator (neither shown). The (double-resonant) frequency converter 13 converts the amplified radiation by doubling the frequency and generating a sum frequency. The spectrum of the single-sideband modulated laser radiation at the output of the frequency converter 13 then includes, with the modulation parameters set accordingly, intensities at a fluorescence frequency (carrier) and a pump-back frequency (sideband), where the fluorescence frequency corresponds to the sodium D line and the frequency distance of the pump-back frequency from the fluorescence frequency corresponds to the hyperfine splitting of the corresponding sodium D line. The power of the radiation at the output of the frequency converter 13 can be significantly higher than 20 W, which is advantageous, for example, for the generation of an artificial guide star for astronomical telescopes with adaptive optics. The single-sideband modulated spectrum of the amplified laser radiation results from frequency doubling or sum frequency generation using the frequency converter 13. The carrier is generated at the fluorescence frequency of 589 nm. This central spectral line is generated by frequency doubling of the original carrier frequency. The amplified spectrum also shows a single sideband that is 1.7 GHz away from the fluorescence frequency. This sideband is generated by sum frequency generation from the carrier and the sideband of the original spectrum (the laser radiation at the output of the Raman fiber amplifier 12). The sideband at 1.7 GHz obtained by sum frequency generation is present at the pump-back frequency. For a high fluorescence yield, the intensity at the pump-back frequency should be at least 10% of the intensity at the fluorescence frequency. To achieve this, sum frequency generation is used. This takes advantage of the fact that the resulting intensity in sum frequency generation behaves like the products of the intensities of the fundamental light fields.

Claims (15)

Lasersystem mit - einer Laserlichtquelle (1), dazu eingerichtet, im Betrieb des Lasersystems Laserstrahlung (2) zu emittieren, - einer ersten Modulationseinrichtung, eingerichtet zur Frequenzmodulation der Laserstrahlung, wobei die Frequenzmodulation mit einem Frequenzmodulationshub bei einer Modulationsfrequenz erfolgt, - einer von der ersten Modulationseinrichtung unabhängigen zweiten Modulationseinrichtung, eingerichtet zur Amplitudenmodulation der Laserstrahlung, wobei die Amplitudenmodulation mit einem Amplitudenmodulationshub bei der Modulationsfrequenz erfolgt, wobei die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation phasenstarr aneinander gekoppelt sind und wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung (2', 2") einen Träger (4', 4") und ein einziges Seitenband (5', 5") aufweist, das von dem Träger (4', 4") um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.Laser system with - a laser light source (1) designed to emit laser radiation (2) when the laser system is in operation, - a first modulation device designed to frequency modulate the laser radiation, the frequency modulation being carried out with a frequency modulation swing at a modulation frequency, - a second modulation device independent of the first modulation device designed to amplitude modulate the laser radiation, the amplitude modulation being carried out with an amplitude modulation swing at the modulation frequency, the frequency modulation and the amplitude modulation being coupled to one another in a phase-locked manner and the frequency modulation swing, the amplitude modulation swing and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation being set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation (2', 2") has a carrier (4', 4") and a single sideband (5', 5") which is spaced from the carrier (4', 4") by the amount of the modulation frequency. Lasersystem nach Anspruch 1, wobei die Laserlichtquelle (1) ein Diodenlaser mit wenigstens einer Laserdiode ist, wobei die erste Modulationseinrichtung zur Modulation des Injektionsstroms der Laserdiode eingerichtet ist.Laser system according to Claim 1 , wherein the laser light source (1) is a diode laser with at least one laser diode, wherein the first modulation device is arranged to modulate the injection current of the laser diode. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Modulationseinrichtungen einen elektrooptischen Modulator, einen akustooptischen Modulator, einen Elektroabsorptionsmodulator und/oder einen interferometrischen Modulator umfasst.Laser system according to Claim 1 or 2 , wherein at least one of the first and second modulation devices comprises an electro-optical modulator, an acousto-optical modulator, an electro-absorption modulator and/or an interferometric modulator. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend zumindest einen optischer Verstärker (7, 10, 12), eingerichtet zur Verstärkung der Laserstrahlung (2, 2') in einer oder mehreren Stufen.Laser system according to one of the Claims 1 until 3 , further comprising at least one optical amplifier (7, 10, 12) arranged to amplify the laser radiation (2, 2') in one or more stages. Lasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend einen nichtlinearen Frequenzkonverter (9), eingerichtet zur Frequenzkonversion, insbesondere zur Frequenzverdoppelung der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung (2').Laser system according to one of the Claims 1 until 4 , further comprising a non-linear frequency converter (9) configured for frequency conversion, in particular for frequency doubling of the frequency and amplitude modulated laser radiation (2'). Lasersystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung am Ausgang des optischen Verstärkers (7, 10, 12) bzw. des nichtlinearen Frequenzkonverters (9) einen Träger (4', 4") und ein einziges Seitenband (5', 5") aufweist.Laser system according to Claim 4 or 5 , wherein the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation at the output of the optical amplifier (7, 10, 12) or of the non-linear frequency converter (9) has a carrier (4', 4") and a single sideband (5', 5"). Lasersystem nach Anspruch 6, wobei die Frequenz des Trägers (4', 4") in dem Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung am Ausgang des optischen Verstärkers (7, 10, 12) bzw. des nichtlinearen Frequenzkonverters (9) einer Fluoreszenzfrequenz und die Frequenz des einzigen Seitenbandes (5', 5") einer Rückpumpfrequenz entspricht, wobei - die Fluoreszenzfrequenz mit einer Übergangsfrequenz eines optischen Übergangs resonant ist und - der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz mit der Hyperfeinaufspaltung des optischen Übergangs resonant ist.Laser system according to Claim 6 , wherein the frequency of the carrier (4', 4") in the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation at the output of the optical amplifier (7, 10, 12) or of the non-linear frequency converter (9) corresponds to a fluorescence frequency and the frequency of the single sideband (5', 5") corresponds to a pump-back frequency, wherein - the fluorescence frequency is resonant with a transition frequency of an optical transition and - the frequency distance of the pump-back frequency from the fluorescence frequency is resonant with the hyperfine splitting of the optical transition. Lasersystem nach Anspruch 7, wobei die Fluoreszenzfrequenz der Übergangsfrequenz der Natriumlinie bei einer Wellenlänge von 589 nm entspricht und der Frequenzabstand der Rückpumpfrequenz von der Fluoreszenzfrequenz 1,7 GHz beträgt.Laser system according to Claim 7 , where the fluorescence frequency corresponds to the transition frequency of the sodium line at a wavelength of 589 nm and the frequency spacing of the pump-back frequency from the fluorescence frequency is 1.7 GHz. Verwendung eines Lasersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erzeugung eines künstlichen Leitsterns („Laser Guide Star“) für astronomische Teleskope mit adaptiver Optik.Use of a laser system according to one of the Claims 1 until 8th to create an artificial guide star (“Laser Guide Star”) for astronomical telescopes with adaptive optics. Verwendung eines Lasersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Anregung von optischen Übergängen in einem Quanteninformationssystem.Use of a laser system according to one of the Claims 1 until 8th to stimulate optical transitions in a quantum information system. Verfahren zur Erzeugung einseitenbandmodulierter Laserstrahlung, mit den Schritten - Erzeugung von Laserstrahlung (2), - Frequenzmodulation der Laserstrahlung mit einem Frequenzmodulationshub bei einer Modulationsfrequenz, - Amplitudenmodulation der Laserstrahlung mit einem Amplitudenmodulationshub bei der Modulationsfrequenz, wobei die Frequenzmodulation und die Amplitudenmodulation phasenstarr aneinander gekoppelt sind und wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung einen Träger (4', 4") und ein einziges Seitenband (5', 5") aufweist, das von dem Träger (4', 4") um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.Method for generating single-sideband modulated laser radiation, comprising the steps - generating laser radiation (2), - frequency modulating the laser radiation with a frequency modulation swing at a modulation frequency, - amplitude modulating the laser radiation with an amplitude modulation swing at the modulation frequency, wherein the frequency modulation and the amplitude modulation are coupled to one another in a phase-locked manner and wherein the frequency modulation swing, the amplitude modulation swing and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation has a carrier (4', 4") and a single sideband (5', 5") which is spaced from the carrier (4', 4") by the amount of the modulation frequency. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend eine optische Verstärkung der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung.Procedure according to Claim 11 , further comprising an optical amplification of the frequency and amplitude modulated laser radiation. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, weiter umfassend eine nichtlineare Frequenzkonversion der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung.Procedure according to Claim 11 or 12 , further comprising a nonlinear frequency conversion the frequency and amplitude modulated laser radiation. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Frequenzmodulationshub, der Amplitudenmodulationshub sowie die relative Phase der Frequenzmodulation und der Amplitudenmodulation in der Weise eingestellt sind, dass das Spektrum der frequenz- und amplitudenmodulierten Laserstrahlung nach der optischen Verstärkung bzw. der nichtlinearen Frequenzkonversion einen Träger (4', 4") und ein einziges Seitenband (5', 5") aufweist, das von dem Träger um den Betrag der Modulationsfrequenz beabstandet ist.Procedure according to Claim 12 or 13 , wherein the frequency modulation deviation, the amplitude modulation deviation and the relative phase of the frequency modulation and the amplitude modulation are set in such a way that the spectrum of the frequency and amplitude modulated laser radiation after the optical amplification or the non-linear frequency conversion has a carrier (4', 4") and a single sideband (5', 5") which is spaced from the carrier by the amount of the modulation frequency. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Frequenz der Laserstrahlung zusätzlich zu der Frequenzmodulation zwischen einem Anfangswert und einem Endwert periodisch variiert wird.Method according to one of the Claims 11 until 14 , whereby the frequency of the laser radiation is periodically varied in addition to the frequency modulation between an initial value and a final value.
DE102023110359.8A 2023-04-24 2023-04-24 Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation Active DE102023110359B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023110359.8A DE102023110359B3 (en) 2023-04-24 2023-04-24 Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023110359.8A DE102023110359B3 (en) 2023-04-24 2023-04-24 Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023110359B3 true DE102023110359B3 (en) 2024-04-25

Family

ID=90573344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023110359.8A Active DE102023110359B3 (en) 2023-04-24 2023-04-24 Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102023110359B3 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2081264A1 (en) 2008-01-18 2009-07-22 European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere Narrow band fiber raman optical amplifier
DE102011011290A1 (en) 2011-02-15 2012-08-16 Toptica Photonics Ag Laser system for creating an artificial guide star (Laser Guide Star)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2081264A1 (en) 2008-01-18 2009-07-22 European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere Narrow band fiber raman optical amplifier
DE102011011290A1 (en) 2011-02-15 2012-08-16 Toptica Photonics Ag Laser system for creating an artificial guide star (Laser Guide Star)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008059902B3 (en) Method and apparatus for generating a self-referenced optical frequency comb
EP2908168B1 (en) Generation of frequency combs and sine shaped nyquist pulse sequences of wide bandwidth and tunable repetition rate
DE112011101816T5 (en) Optical amplifier with high peak power
EP3167693B1 (en) Driver laser arrangement, euv radiation generation apparatus and method for amplifying pulsed laser radiation
EP1920387A1 (en) Device for the optical splitting and modulation of electromagnetic radiation
DE102011011290B4 (en) Laser system for creating an artificial guide star (Laser Guide Star)
EP3064992B1 (en) Optical system and method
EP3266077B1 (en) Reducing the pulse repetition frequency of a pulsed laser system
EP2793328A1 (en) Tunable generation of millimetre waves and terahertz waves
DE102023110359B3 (en) Laser system for generating single-sideband modulated laser radiation
WO2002021647A1 (en) Method and device for producing radio frequency waves
DE102010048576B9 (en) Laser device for generating a CEO-free frequency comb
DE60124343T2 (en) Optical frequency converter with reciprocal modulation
EP2515395B1 (en) Method and device for reducing the bandwidth of stimulated Brillouin scattering
DE102009011599B4 (en) Oscillator-amplifier arrangements with amplitude adjustment
DE102006040843A1 (en) Monochromatic coherent electromagnetic radiation splitting and modulation device for e.g. laser printer, has optical unit splitting laser beams, where beams are input to modulator that is controllable with high frequency electrical signals
DE102020115877B4 (en) Fast modulation of the resonant frequency of an optical resonator
DE102013209848B3 (en) Method for generating drive signal for driving acousto-optical device, involves forming drive signal as electrical offset lossy frequency comb signal whose frequency spectrum has discrete frequency components
DE10046898A1 (en) Method for regulating operating point in pulse/data modulator allows modulator to generate modulated output radiation from input radiation by relying on control signal
DE60127416T2 (en) Method and system for generating narrow optical pulses
DE102004022037B4 (en) Method for generating a frequency spectrum in the form of a frequency comb and laser device therefor
EP2218196B1 (en) Cascade sideband generation with sbs dispersion control of signal propagation
DE102021133337B3 (en) Device and method for generating laser pulses
DE102005054379B4 (en) Method and system for amplifying light in optical fibers
DE102019129337B9 (en) Laser device for generating an optical frequency comb

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division