DE10353908B4 - Regulating system for frequency stabilization of tunable lasers using reference laser with photodiode has error signal circuit containing filter element for frequency-selective filtering of beat signal - Google Patents

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Abstract

The system uses a reference laser (2) with a photodiode (3) at whose output a high frequency electrical beat signal is applied, whereby the frequency of the beat signal corresponds to the difference between the optical frequencies of the tunable laser and the reference laser, and an error signal circuit (13) for converting the beat signal into a low frequency error signal dependent on the beat signal frequency. The error signal circuit contains a filter element for frequency-selective filtering of the beat signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelungssystem zur Frequenzstabilisierung eines abstimmbaren Lasers unter Verwendung eines Referenzlasers, mit einer Photodiode, an deren Ausgang ein hochfrequentes elektrisches Schwebungssignal anliegt, wobei die Frequenz des Schwebungssignals der Differenz der optischen Frequenzen des abstimmbaren Lasers und des Referenzlasers entspricht.The The invention relates to a control system for frequency stabilization a tunable laser using a reference laser, with a photodiode, at whose output a high frequency electric Beating signal is applied, the frequency of the beat signal the difference of the optical frequencies of the tunable laser and of the reference laser corresponds.

Frequenzstabilisierung ist in der Laserphysik die zusammenfassende Bezeichnung für alle Methoden, die dazu dienen, die ansonsten unvermeidlichen Schwankungen der Emissionsfrequenz eines Lasers, beispielsweise eines Festkörper- oder Diodenlasers, zu kompensieren. Viele Anwendungen von Lasern sind nur mit extrem stabilen optischen Frequenzen möglich. Dies gilt vor allem für den Einsatz von Lasern zur Laserspektroskopie oder als Frequenznormal. Die benötigten Frequenzstabilitäten lassen sich ohne eine aktive Frequenzstabilisierung unter Verwendung eines hierfür geeigneten aktiven Regelungssystems normalerweise nicht erreichen. Mit einem solchen Regelungssystem wird ein geschlossener Regelkreis gebildet, wobei ein Fehlersignal ermittelt wird, welches die Abweichung der optischen Frequenz des zu stabilisierenden abstimmbaren Lasers von einem Sollwert wiedergibt. In dem Regelkreis wird das Fehlersignal sodann als Stellgröße verwendet, um beispielsweise optische Elemente des zu stabilisierenden Lasers zur Anpassung der Frequenz an den Sollwert mechanisch zu bewegen. Dadurch kann z. B. die Resonatorlänge des Lasers in geeigneter Weise angepasst werden.frequency stabilization is in laser physics the summary name for all methods, which serve the otherwise unavoidable fluctuations of the Emission frequency of a laser, such as a solid state or Diode laser, to compensate. Many applications of lasers are only possible with extremely stable optical frequencies. This is especially true for the Use of lasers for laser spectroscopy or as a frequency standard. The necessities frequency stabilities can be used without active frequency stabilization one for this normally not reach the appropriate active control system. With such a control system becomes a closed loop formed, wherein an error signal is determined which the deviation the optical frequency of the tunable laser to be stabilized by a setpoint. In the control loop, the error signal then used as a manipulated variable, for example, optical elements of the laser to be stabilized to mechanically adjust the frequency to the setpoint. As a result, z. B. the resonator length of the laser in a suitable manner be adjusted.

Aus dem Stand der Technik ist ein Regelungssystem bekannt, wie es in der 1 dargestellt ist (vgl. U. Schünemann et al., Review of Scientific Instruments, Band 70, 1999, S. 242). In der 1 ist der zu stabilisierende abstimmbare Laser mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Die optische Frequenz des Lasers 1 wird relativ zur optischen Frequenz eines frequenzstabilen Referenzlasers 2 geregelt. Hierzu wird zunächst das Licht des Lasers 1 mit dem Licht des Referenzlasers 2 auf einer schnellen Photodiode 3 überlagert. Am Ausgang der Photodiode 3 liegt dann ein hochfrequentes Schwebungssignal an, dessen Frequenz der Differenz der optischen Frequenzen der beiden Laser 1 und 2 entspricht. Diese Frequenzdifferenz wird mit dem dargestellten vorbekannten System auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt. Dementsprechend wird diese Methode der Frequenzstabilisierung auch als "laser frequency offset locking" bezeichnet. Das hochfrequente Schwebungssignal wird über einen Verstärker 4 einem Mischer 5 zugeführt. Dort wird das Schwebungssignal mit einem Hochfrequenzsignal eines steuerbaren Oszillators 6 gemischt, um so die Frequenz des Schwebungssignals, die beispielsweise im GHz-Bereich liegen kann, in eine elektronisch einfacher zu verarbeitende Zwischenfrequenz, beispielsweise im MHz-Bereich, umzusetzen. Das so frequenzumgesetzte Schwebungssignal wird als nächstes mittels eines Leistungsteilers 7 aufgeteilt, wonach die beiden Teilsignale mittels eines weiteren Mischers 8 wiedervereinigt werden. Ein Teilsignal wird dabei über eine Verzögerungsleitung 9 geführt, um so zu erreichen, dass ein Phasenunterschied zwischen den beiden Teilsignalen besteht. Das Ausgangssignal des Mischers 8 durchläuft ein Tiefpassfilter, das aus einem Widerstand 10 und einem Kondensator 11 besteht, um hochfrequente Signalkomponenten, die bei der Mischung der beiden Teilsignale entstehen, herauszufiltern. Am Ausgang des Tiefpassfilters liegt dann das gewünschte von der Frequenz des Schwebungssignals abhängige, niederfrequente Fehlersignal an, welches über einen weiteren Verstärker 12 zur Anpassung der entsprechenden optischen Elemente dem Laser 1 zugeführt wird. Die mittels des Mischers 8 zusammengeführten Teilsignale weisen eine Phasenverschiebung auf, die von der Frequenz des Schwebungssignals abhängt. Durch den Mischer 8 erfolgt eine phasenabhängige Gleichrichtung des Schwebungssignals, so dass das niederfrequente Fehlersignal letztlich eine periodische Funktion der Frequenz des Schwebungssignals ist.From the prior art, a control system is known, as in the 1 Schünemann et al., Review of Scientific Instruments, vol. 70, 1999, p. 242). In the 1 is the tunable laser to be stabilized with the reference numeral 1 designated. The optical frequency of the laser 1 becomes relative to the optical frequency of a frequency stable reference laser 2 regulated. For this purpose, first the light of the laser 1 with the light of the reference laser 2 on a fast photodiode 3 superimposed. At the output of the photodiode 3 Then there is a high-frequency beat signal whose frequency of the difference of the optical frequencies of the two lasers 1 and 2 equivalent. This frequency difference is controlled with the illustrated prior art system to a predetermined setpoint. Accordingly, this method of frequency stabilization is also referred to as "laser frequency offset locking". The high-frequency beat signal is through an amplifier 4 a mixer 5 fed. There, the beat signal with a high-frequency signal of a controllable oscillator 6 mixed, so as to convert the frequency of the beat signal, which may for example be in the GHz range, in an electronically easier to process intermediate frequency, for example in the MHz range. The so frequency-converted beat signal is next by means of a power divider 7 divided, after which the two sub-signals by means of another mixer 8th be reunited. A partial signal is transmitted via a delay line 9 performed so as to achieve that there is a phase difference between the two sub-signals. The output signal of the mixer 8th goes through a low-pass filter, which consists of a resistor 10 and a capacitor 11 exists to filter out high-frequency signal components, which arise when mixing the two sub-signals. At the output of the low-pass filter is then the desired dependent on the frequency of the beat signal, low-frequency error signal, which via another amplifier 12 for adapting the corresponding optical elements to the laser 1 is supplied. The by means of the mixer 8th Merged subsignals have a phase shift that depends on the frequency of the beat signal. Through the mixer 8th there is a phase-dependent rectification of the beat signal, so that the low-frequency error signal is ultimately a periodic function of the frequency of the beat signal.

Aus der Periodizität des Fehlersignals resultiert der Hauptnachteil des vorbekannten Regelungssystems. Da nämlich bei dem vorbekannten Regelungssystem das Fehlersignal als Funktion der Frequenz des Schwebungssignals mehrfach Nulldurchgänge aufweist, kann bei Abweichungen von der Sollfrequenz, die größer sind als die Periodizität des Fehlersignals, keine Regelung mehr auf den Sollwert erfolgen. Eine Frequenzstabilisierung ist dann nicht mehr möglich. Nachteilhaft ist bei dem vorbekannten Regelungssystem also, dass der Einfangbereich (engl. "capture range") des Regelungssystems sehr eingeschränkt ist. Der Einfangbereich liegt aufgrund des periodischen Verhaltens des Fehlersignals bei Regelungssystemen der vorbekannten Art im Bereich von etwa 100 MHz, was für eine Vielzahl von Anwendungen zu wenig ist.Out the periodicity the error signal results in the main disadvantage of the previously known Control system. Because namely in the prior art control system, the error signal as a function the frequency of the beat signal has multiple zero crossings, can be larger for deviations from the nominal frequency as the periodicity of the error signal, no more control to the setpoint. Frequency stabilization is then no longer possible. disadvantageous In the case of the previously known control system, that is the capture range of the control system very restricted is. The trapping range is due to the periodic behavior the error signal in control systems of the known type in Range of about 100 MHz, which for a variety of applications is too little.

Bekannt sind ferner Regelungssysteme, bei denen das Fehlersignal mit einem Frequenz-zu-Spannungswandler aus dem hochfrequenten Schwebungssignal gewonnen wird (vgl. T. Stace et al., Measurement Science and Technology, Band 9, 1998, S. 1635). Nachteilhaft ist hier, dass kommerzielle Frequenz-zu-Spannungswandler lediglich bei vergleichsweise niedrigeren Eingangsfrequenzen arbeiten und zudem nur über eine Bandbreite von nicht mehr als eine Oktave verfügen. Dies begrenzt den möglichen Einfangbereich des Regelungssystems stark. Der Frequenzbereich als solcher kann zwar durch elektronische Frequenzteilerstufen erhöht werden, dies führt allerdings zu einer Reduktion der Regelungsbandbreite.Also known are control systems in which the error signal with a frequency-to-voltage converter from the high-frequency beat signal is obtained (see T. Stace et al., Measurement Science and Technology, Volume 9, 1998, p 1635). The disadvantage here is that commercial frequency-to-voltage converters operate only at relatively lower input frequencies and also have only a bandwidth of not more than an octave. This greatly limits the possible capture range of the control system. The frequency range as such can indeed be increased by electronic frequency divider stages, but this leads to a reduction of the control bandwidth.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelungssystem zur Frequenzstabilisierung eines Lasers bereitzustellen, welches einen möglichst großen Einfangbereich hat. Gewünscht werden Regelungssysteme, deren Einfangbereich in der Größenordnung GHz liegt.From that The present invention is based on the object, to provide a control system for the frequency stabilization of a laser, which one as possible huge Has capture area. required are control systems whose capture range is on the order of magnitude GHz is.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Regelungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.These Task solves the invention by a control system with the features of the claim 1.

Durch den Einsatz eines frequenzselektiven Filterelementes wird erfindungsgemäß erreicht, dass das Fehlersignal die gewünschte Abhängigkeit von der Frequenz des Schwebungssignals aufweist, und zwar ohne die oben beschriebene Periodizität, die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Regelungssystemen für deren beschränkten Einfangbereich verantwortlich ist. Für den erfindungsgemäßen Einsatz kann als frequenzselektives Filterelement ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter oder auch ein Bandpassfilter zum Einsatz kommen. Dies hängt maßgeblich davon ab, wie das Ausgangssignal des Filterelementes weiter verarbeitet wird, um daraus das Fehlersignal zu erzeugen. Die Fehlersignalschaltung des erfindungsgemäßen Regelungssystems umfasst weiterhin eine dem Filterelement nachgeschaltete Gleichrichterschaltung zur Erzeugung des niederfrequenten Fehlersignals aus dem Ausgangssignal des Filterelementes. Durch die frequenzselektive Filterung des Schwebungssignals wird gemäß der Erfindung die Amplitude des Signals frequenzabhängig beeinflusst. Die Gleichrichterschaltung dient dazu, aus dem gefilterten Signal das gewünschte niederfrequente Fehlersignal zu erzeugen.By the use of a frequency-selective filter element is achieved according to the invention, that the error signal is the desired dependence from the frequency of the beat signal, without the periodicity described above, those in the control systems known from the prior art for their limited Capture area is responsible. For the use according to the invention can as a frequency-selective filter element, a high-pass filter, a Low pass filter or a bandpass filter are used. This depends decisively on how the output of the filter element further processed to generate the error signal. The error signal circuit the control system according to the invention further comprises a rectifier circuit connected downstream of the filter element for generating the low-frequency error signal from the output signal of the filter element. Due to the frequency-selective filtering of the beat signal is according to the invention the amplitude of the signal is influenced frequency dependent. The rectifier circuit serves to obtain the desired low-frequency error signal from the filtered signal to create.

Eine besonders einfache und kostengünstige Realisierbarkeit des erfindungsgemäßen Regelungssystems ergibt sich dadurch, dass die Gleichrichterschaltung ein passives Netzwerk mit wenigstens einer Diode, Widerständen und Kondensatoren ist. Die eigentliche Gleichrichtung erfolgt dabei durch die Diode, während durch das Netzwerk aus Widerständen und Kondensatoren eine Aufbereitung, insbesondere Glättung, des Signals bewirkt wird, so dass das Signal als niederfrequentes (DC) Fehlersignal zur Anpassung der optischen Frequenz des Lasers genutzt werden kann.A particularly simple and inexpensive Realizability of the control system according to the invention results This is because the rectifier circuit is a passive network with at least one diode, resistors and capacitors. The actual rectification takes place through the diode, while through the network of resistors and condensers a treatment, in particular smoothing, of the Signal is effected so that the signal is expressed as a low-frequency (DC) Error signal used to adjust the optical frequency of the laser can be.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Regelungssystems ergibt sich dadurch, dass zwischen das Filterelement und die Gleichrichterschaltung ein Abschwächerelement geschaltet ist. Die Gleichrichterschaltung kann außerdem einen Abgleichzweig aufweisen, über welchen zu dem Ausgangssignal des Filterelementes ein Abgleichsignal addierbar ist, derart, dass das niederfrequente Fehlersignal einen Nulldurchgang hat, wenn die Frequenz des Schwebungssignals im Bereich der Grenzfrequenz des Filterelementes liegt. Am einfachsten wird als Abgleichsignal ein Signal verwendet, das proportional zur Amplitude des ungefilterten Schwebungssignals ist. Durch geeignete Vorgabe des Abschwächungsfaktors des Abschwächerelementes kann sichergestellt werden, dass das Fehlersignal den Nulldurchgang bei der gewünschten Frequenz des Schwebungssignals hat. Mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem wird also die optische Frequenz des abstimmbaren Lasers so stabilisiert, dass die Frequenz des Schwebungssignals gleich der Grenzfrequenz des frequenzselektiven Filterelementes ist. Im Bereich der Grenzfrequenz ändert sich das gefilterte Signal besonders stark, hier hat das Fehlersignal also eine große Steigung, was für die Regelung vorteilhaft ist. Mittels des zusätzlichen Abgleichzweiges der Gleichrichterschaltung wird erreicht, dass das Fehlersignal im Bereich der größten Steigung gleichzeitig einen Nulldurchgang hat, so dass die optische Frequenz des abstimmbaren Lasers zuverlässig auf den gewünschten Wert stabilisiert werden kann.A advantageous development of the control system according to the invention results in that between the filter element and the rectifier circuit an attenuator element is switched. The rectifier circuit may also have a Have matching branch over which to the output signal of the filter element is a tuning signal can be added, such that the low-frequency error signal a Zero crossing has, when the frequency of the beat signal in the range the cutoff frequency of the filter element is located. The easiest way is used as a balance signal, a signal proportional to the amplitude of the unfiltered beat signal. By appropriate specification of attenuation factor of the attenuator element can be ensured that the error signal passes the zero crossing at the desired Frequency of the beat signal has. With the control system according to the invention So the optical frequency of the tunable laser is stabilized, that the frequency of the beat signal is equal to the cutoff frequency the frequency-selective filter element is. In the area of the cutoff frequency changes the filtered signal especially strong, here has the error signal So a big one Slope, what for the scheme is advantageous. By means of the additional adjustment branch of the Rectifier circuit is achieved that the error signal in the range the biggest slope at the same time has a zero crossing, so that the optical frequency the tunable laser reliable to the desired Value can be stabilized.

Zweckmäßig ist es, bei dem erfindungsgemäßen Regelungssystems zusätzlich einen Modulator zur Mischung des Schwebungssignals mit einem Hochfrequenzsignal vorgebbarer Frequenz vorzusehen. Damit kann, ähnlich wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, die Frequenz des Schwebungssignals, die im GHz-Bereich liegen kann, in eine Zwischenfrequenz, beispielsweise im MHz-Bereich, umgesetzt werden. Zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals kann ein geeigneter Frequenzsynthesizer, der im GHz-Bereich arbeitet, oder auch ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet werden. Durch die Variation der Frequenz des Frequenzsynthesizers bzw. des spannungsgesteuerten Oszillators kann mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem vorteilhafterweise die optische Frequenz des zu stabilisierenden Lasers durchgestimmt werden. Durch den Einsatz des zusätzlichen Frequenzsynthesizers bzw. spannungsgesteuerten Oszillators kann vorteilhafterweise außerdem der Einfangbereich weiter vergrößert werden. Durch gezieltes Durchstimmen des Frequenzsynthesizers bzw. des spannungsgesteuerten Oszillators kann nämlich die Sollfrequenz des Regelungssystems aktiv in die Nähe der tatsächlichen Differenz der optischen Frequenzen des abstimmbaren Lasers und des Referenzlasers gebracht werden, so dass damit gleichsam eine aktive Einfangfunktion des erfindungsgemäßen Regelungssystems realisierbar ist.Is appropriate it, in the control system according to the invention additionally a modulator for mixing the beat signal with a high frequency signal prescribable frequency. This can, similar to those from the Prior art systems, the frequency of the beat signal, which may be in the GHz range, in an intermediate frequency, for example in the MHz range. For generating the high-frequency signal can a suitable frequency synthesizer working in the GHz range, or a voltage controlled oscillator (VCO) can be used. By varying the frequency of the frequency synthesizer or the voltage controlled oscillator can with the control system according to the invention advantageously the optical frequency of the to be stabilized Lasers be tuned. By using the additional frequency synthesizer or voltage-controlled oscillator can advantageously also the capture range be further enlarged. Through targeted tuning of the frequency synthesizer or the voltage-controlled Namely oscillator can the setpoint frequency of the control system is active close to the actual one Difference of the optical frequencies of the tunable laser and the Reference laser are brought, so that as it were an active Capture function of the control system according to the invention realized is.

Zweckmäßigerweise wird der abstimmbare Laser zur Bildung eines geschlossenen Regelkreises mit dem Fehlersignal als Stellgröße beaufschlagt. Mit dem Fehlersignal kann beispielsweise ein Piezo-Verstellelement angesteuert werden, mittels welchem die Position eines optischen Elementes, beispielsweise eines Gitters oder eines Spiegels, des zu stabilisierenden Lasers anpassbar ist.Conveniently, the tunable laser will form a closed loop subjected to the error signal as a manipulated variable. With the error signal, for example, a piezoelectric adjusting element can be controlled by means of which the position of an optical element, for example a grating or a mirror, of the laser to be stabilized can be adapted.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained below with reference to the figures. It demonstrate:

1 aus dem Stand der Technik bekanntes Regelungssystem; 1 control system known from the prior art;

2 erfindungsgemäßes Regelungssystem; 2 control system according to the invention;

3 Fehlersignalschaltung des erfindungsgemäßen Regelungssystems. 3 Error signal circuit of the control system according to the invention.

In den 1 und 2 werden gleiche Bezugsziffern für die gleichen Elemente verwendet. Das erfindungsgemäße Regelungssystem unterscheidet sich von dem aus dem Stand der Technik bekannten Regelungssystem vor allem durch die elektronische Verarbeitung des hochfrequenten Schwebungssignals, das am Ausgang der Photodiode 3 bzw. des Verstärkers 4 anliegt. Das Schwebungssignal wird mittels des Leistungsteilers 7 aufgeteilt und einer Fehlersignalschaltung 13 zugeführt. Am Ausgang der Fehlersignalschaltung 13 liegt dann das gewünschte niederfrequente Fehlersignal an, das von der Frequenz des Schwebungssignals abhängig ist.In the 1 and 2 the same reference numerals are used for the same elements. The control system according to the invention differs from the control system known from the prior art mainly by the electronic processing of the high-frequency beat signal, which at the output of the photodiode 3 or the amplifier 4 is applied. The beat signal is by means of the power divider 7 split and an error signal circuit 13 fed. At the output of the error signal circuit 13 Then there is the desired low-frequency error signal, which is dependent on the frequency of the beat signal.

Der Aufbau der Fehlersignalschaltung 13, der für die erfindungsgemäße Funktionsweise wesentlich ist, ergibt sich aus der schematischen Darstellung in der 3. Die Fehlersignalschaltung 13 weist ein Filterelement 14 zur frequenzselektiven Filterung des Schwebungssignals auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Filterelement 14 ein Hochpassfilter eingesetzt. Dieses kann beispielsweise eine Grenzfrequenz (3 dB-Punkt) im Bereich von 200 MHz haben. In der Praxis hat sich der Einsatz des kommerziell erhältlichen Hochpassfilters SHP200 der Firma Mini-Circuits bewährt. In der 3 ist des Weiteren eine dem Filterelement 14 nachgeschaltete Gleichrichterschaltung 15 dargestellt, an deren Ausgang das niederfrequente Fehlersignal anliegt, welches aus dem Ausgangssignal des Filterelementes 14 erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 15 ein passives Netzwerk mit Dioden, Widerständen und Kondensatoren. Die Widerstands- und Kapazitätswerte des Ausführungsbeispiels ergeben sich aus der Zeichnung. Gemäß der Darstellung in der 3 wird der Gleichrichterschaltung 15 das Ausgangssignal des Filterelementes 14 über den oberen Signalzweig zugeführt. Außerdem ist ein unterer Abgleichzweig vorgesehen, über welchen zu dem Ausgangssignal des Filterelementes 14 ein Abgleichsignal addierbar ist. Bei dem Abgleichsignal handelt es sich um ein mittels des Leistungsteilers 7 erzeugtes Teilsignal des Schwebungssignals, das der Gleichrichterschaltung 15 über einen weiteren Abschwächer 17 ungefiltert zugeführt wird. Zu beachten ist, dass die im unteren Abgleichzweig der Gleichrichterschaltung 15 wirksame Diode und die im oberen Signalzweig wirksame Diode entgegengesetzte Durchlassrichtungen haben. Dies führt dazu, dass effektiv von dem frequenzselektiv gefilterten und gleichgerichteten Schwebungssignal ein zu dem ungefilterten Schwebungssignal proportionales, ebenfalls gleichgerichtetes Abgleichsignal subtrahiert wird. Dadurch wird insgesamt erreicht, dass das am Ausgang der Gleichrichterschaltung 15 anliegende niederfrequente Fehlersignal einen Nulldurchgang hat, wenn die Frequenz des Schwebungssignals im Bereich der Grenzfrequenz des Filterelementes liegt. Die genaue Frequenzlage des Nulldurchgangs des Fehlersignals kann durch entsprechende Wahl der Abschwächungsfaktoren der Abschwächer 16 und 17 justiert werden.The structure of the error signal circuit 13 , which is essential for the operation of the invention, resulting from the schematic representation in the 3 , The error signal circuit 13 has a filter element 14 for the frequency-selective filtering of the beat signal. In the illustrated embodiment is used as a filter element 14 a high pass filter is used. This can for example have a cutoff frequency (3 dB point) in the range of 200 MHz. In practice, the use of the commercially available high-pass filter SHP200 Mini-Circuits has proven itself. In the 3 is further a the filter element 14 downstream rectifier circuit 15 represented, at whose output the low-frequency error signal is present, which from the output signal of the filter element 14 is produced. In the illustrated embodiment, the rectifier circuit 15 a passive network with diodes, resistors and capacitors. The resistance and capacitance values of the embodiment will become apparent from the drawing. As shown in the 3 becomes the rectifier circuit 15 the output signal of the filter element 14 supplied via the upper signal branch. In addition, a lower adjustment branch is provided, via which to the output signal of the filter element 14 an adjustment signal can be added. The adjustment signal is a means of the power divider 7 generated partial signal of the beat signal, that of the rectifier circuit 15 about another attenuator 17 is fed unfiltered. It should be noted that the lower adjustment branch of the rectifier circuit 15 effective diode and the effective in the upper signal branch diode opposite directions have. As a result of this, the frequency-selectively filtered and rectified beat signal effectively subtracts a likewise rectified tuning signal which is proportional to the unfiltered beat signal. As a result, it is achieved overall that this is at the output of the rectifier circuit 15 applied low-frequency error signal has a zero crossing when the frequency of the beat signal is in the range of the cutoff frequency of the filter element. The exact frequency position of the zero crossing of the error signal can be selected by appropriate selection of the attenuation factors of the attenuator 16 and 17 to be adjusted.

Als frequenzselektives Filterelement 14 könnte bei dem erfindungsgemäßen Regelungssystem auch ein Filter mit variabler Grenzfrequenz eingesetzt werden. Auf diese Weise könnte gegebenenfalls auf die Hochfrequenzsignalquelle 6 zur Abstimmung der optischen Frequenz des zu stabilisierenden Lasers 1 verzichtet werden.As a frequency-selective filter element 14 could be used in the control system according to the invention, a filter with a variable cutoff frequency. This could possibly affect the high frequency signal source 6 for tuning the optical frequency of the laser to be stabilized 1 be waived.

Außer zur Steuerung der Positionierung von optischen Elementen des Lasers 1 könnte das Fehlersignal auch zur Steuerung des Injektionsstromes oder der Temperatur eines Diodenlasers verwendet werden.Except for controlling the positioning of optical elements of the laser 1 For example, the error signal could also be used to control the injection current or the temperature of a diode laser.

Claims (7)

Regelungssystem zur Frequenzstabilisierung eines abstimmbaren Lasers (1) unter Verwendung eines Referenzlasers (2), mit einer Photodiode (3), an deren Ausgang ein hochfrequentes elektrisches Schwebungssignal anliegt, wobei die Frequenz des Schwebungssignals der Differenz der optischen Frequenzen des abstimmbaren Lasers (1) und des Referenzlasers (2) entspricht, und mit einer Fehlersignalschaltung (13) zur Umwandlung des Schwebungssignals in ein von der Frequenz des Schwebungssignals abhängiges, niederfrequentes Fehlersignal, wobei die Fehlersignalschaltung (13) ein Filterelement (14) zur frequenzselektiven Filterung des Schwebungssignals und eine dem Filterelement (14) nachgeschaltete Gleichrichterschaltung (15) zur Erzeugung des niederfrequenten Fehlersignals aus dem Ausgangssignal des Filterelementes (14) umfasst.Control system for frequency stabilization of a tunable laser ( 1 ) using a reference laser ( 2 ), with a photodiode ( 3 ), at whose output a high frequency electric beat signal is applied, the frequency of the beat signal being the difference of the optical frequencies of the tunable laser ( 1 ) and the reference laser ( 2 ) and with an error signal circuit ( 13 ) for converting the beat signal into a low-frequency error signal that is dependent on the frequency of the beat signal, wherein the error signal circuit ( 13 ) a filter element ( 14 ) for the frequency-selective filtering of the beat signal and a filter element ( 14 ) downstream rectifier circuit ( 15 ) for generating the low-frequency error signal from the output signal of the filter element ( 14 ). Regelungssystem nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichterschaltung (15) ein passives Netzwerk mit wenigstens einer Diode, Widerständen und Kondensatoren ist.Control system according to claim 1, wherein the rectifier circuit ( 15 ) is a passive network with at least one diode, resistors and capacitors. Regelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen das Filterelement (14) und die Gleichrichterschaltung (15) ein Abschwächerelement (16) geschaltet ist.Control system according to claim 1 or 2, wherein between the filter element ( 14 ) and the rectifier circuit ( 15 ) an attenuator element ( 16 ) is switched. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gleichrichterschaltung (15) einen Abgleichzweig aufweist, über welchen zu dem Ausgangssignal des Filterelementes (14) ein Abgleichsignal addierbar ist, derart, dass das niederfrequente Fehlersignal einen Nulldurchgang hat, wenn die Frequenz des Schwebungssignals im Bereich der Grenzfrequenz des Filterelementes (14) liegt.Control system according to one of claims 1 to 3, wherein the rectifier circuit ( 15 ) has a balancing branch, via which to the output signal of the filter element ( 14 ) is a summation signal is added, such that the low-frequency error signal has a zero crossing, when the frequency of the beat signal in the range of the cutoff frequency of the filter element ( 14 ) lies. Regelungssystem nach Anspruch 4, wobei das Abgleichsignal proportional zur Amplitude des ungefilterten Schwebungssignals ist.Control system according to claim 4, wherein the adjustment signal is proportional to the amplitude of the unfiltered beat signal. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Modulator (5) zur Mischung des Schwebungssignals mit einem Hochfrequenzsignal vorgebbarer Frequenz vorgesehen ist.Control system according to one of claims 1 to 5, wherein a modulator ( 5 ) is provided for mixing the beat signal with a high frequency signal specifiable frequency. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der abstimmbare Laser (1) zur Bildung eines geschlossenen Regelkreises mit dem Fehlersignal als Stellgröße beaufschlagt ist.Control system according to one of claims 1 to 6, wherein the tunable laser ( 1 ) is applied to form a closed loop with the error signal as a manipulated variable.
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