WO2023232786A1 - Method and device for producing amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation - Google Patents

Method and device for producing amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation Download PDF

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WO2023232786A1
WO2023232786A1 PCT/EP2023/064400 EP2023064400W WO2023232786A1 WO 2023232786 A1 WO2023232786 A1 WO 2023232786A1 EP 2023064400 W EP2023064400 W EP 2023064400W WO 2023232786 A1 WO2023232786 A1 WO 2023232786A1
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Fabian Friederich
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation, the method having the steps: generating a first reference signal with a first reference frequency, the first reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, generating a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency, the first carrier frequency being selected from a range of 30 THz to 860 THz, generating a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency, and wherein the second carrier frequency differs from the first carrier frequency by a first modulation frequency, spatially superimposing the first carrier and the second carrier, so that a resulting first continuous wave radiation is amplitude modulated with the first modulation frequency, detecting a part of the first continuous wave radiation, determining a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, wherein the modified first reference frequency is equal to is the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and regulating the second carrier frequency so that the deviation is minimized.
  • the present invention also relates to a device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation with a first reference source, wherein the first reference source is designed such that it generates a first reference signal with a first reference frequency during operation of the device, the first reference frequency being selected from one Range from 10 MHz to 15 THz, a first carrier source, the first carrier source being designed such that it generates a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency during operation of the device, the first carrier frequency being in a range from 30 THz to 860 THz is selected and a second carrier source, wherein the second carrier source is designed such that it generates a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency during operation of the device, the second carrier frequency differing from the first carrier frequency by a first modulation frequency, a first superposition device , where the first superimposition device is designed such that during operation of the device by means of the first superposition device, the first carrier and the second carrier are spatially superimposed, so that a resulting first continuous wave radiation is amplitude modulated with the first modul
  • amplitude-modulated electromagnetic radiation is used for a number of applications.
  • the amplitude modulation of the electromagnetic continuous wave radiation is converted into high-frequency radiation by mixing, for example in a photoconductive mixer or in an electro-optical mixer, the carrier frequency of which is then equal to the modulation frequency of the amplitude-modulated continuous wave radiation.
  • the object of the present invention is to provide electromagnetic continuous wave radiation, which is amplitude modulated with a plurality of modulation frequencies, in a simple and cost-effective manner.
  • the method of the type mentioned at the beginning also has the steps: generating a second reference signal with a second reference frequency, the second reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, generating a third carrier with a third carrier frequency, the third carrier frequency differs from the first carrier frequency by a second modulation frequency and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, spatially superimposing the first carrier and the third carrier so that a resulting second continuous wave radiation is amplitude modulated with a second modulation frequency, detecting a portion of the second Continuous wave radiation, determining a deviation of the second modulation frequency from the second reference frequency or from a modified second reference frequency, wherein the modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by a second offset frequency, and regulating the third carrier frequency so that the deviation is minimized.
  • the idea underlying the present invention is to provide three or more sources for generating three or more electromagnetic carriers, each with a carrier frequency. Two of these carriers always form a pair that is spatially superimposed to generate the amplitude-modulated continuous wave radiation.
  • the difference frequency between the carriers of a pair ie the modulation frequency in the language of the present application, is stabilized to a reference frequency.
  • a first reference signal with a first reference frequency is generated, the first reference frequency being in a range from 10 MHz to 15 THz.
  • a portion of the first continuous wave radiation, which is amplitude modulated with the first modulation frequency, is detected and a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, the modified first reference frequency being equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency , certainly.
  • the second carrier frequency is controlled so that the deviation is minimized.
  • the procedure is the same, with the second modulation frequency being stabilized at a second reference frequency.
  • At least the first or the second reference signal is generated using a high-frequency generator, such as is part of a network analyzer.
  • a multiplier chain is used as the source for the first or second reference signal.
  • the source for a reference signal is also referred to as a reference source in the present application.
  • the first and second reference frequencies and thus the modulation frequencies are selected from a range of 1 GHz to 10 THz, preferably from a range of 50 GHz to 1.5 THz.
  • the second reference frequency is an integer multiple of the first reference frequency. Since the first modulation frequency and the second modulation frequency are regulated to the reference frequencies, it then also applies that the second modulation frequency is an integer multiple of the first modulation frequency.
  • the first and second reference frequencies and possibly each further reference frequency can be generated with a single reference source, with the higher harmonics of the first reference frequency being used for the further reference frequencies.
  • the integer is greater than 1.
  • the second reference frequency is equal to the first reference frequency (integer equal to 1).
  • the method further comprises the step: spatially superimposing the second carrier and the third carrier, so that a resulting third continuous wave radiation is amplitude modulated with a third modulation frequency.
  • the third modulation frequency is twice as large as the first reference frequency.
  • the second modulation frequency is not an integer multiple of the first reference frequency. It goes without saying that a large number of modulation frequencies can be addressed in this way.
  • all carrier frequencies of the electromagnetic carriers are different from one another.
  • the first carrier frequency, the second carrier frequency and the third carrier frequency are different from each other.
  • a source for generating a carrier is also referred to as a carrier source in this application.
  • the second carrier frequency of the second carrier is regulated so that the first modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the second carrier, is subject to the smallest possible fluctuations over time.
  • the third carrier frequency is regulated in such a way that the second modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the third carrier, is subject to the smallest possible fluctuations over time.
  • each additional carrier frequency is regulated in such a way that the additional modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the additional carrier, is subject to the lowest possible fluctuations over time.
  • the first electromagnetic carrier, the second electromagnetic carrier and the third electromagnetic carrier are generated with a suitable coherent source, in particular with a laser, for example a semiconductor laser or a solid-state laser.
  • the carrier wavelength or carrier frequency of the individual carriers is irrelevant to the basic principle of the present invention, since what matters is the modulation frequencies and thus the difference distances between the individual carrier frequencies. Therefore, the wavelength of the first carrier is selected from a range of 350 nm (UV) to 10,000 nm (far infrared) or expressed in the frequency range between 30 THz and 860 THz. In one embodiment of the invention, the first, second and third carriers are in the red to infrared wavelength range, i.e. in a range from 600 nm to 10 pm. Laser sources are commercially available in this wavelength or frequency range and one can rely on optical components that are manufactured in large numbers and are commercially available.
  • part of the first continuous wave radiation is detected using a detector, in particular a first detector, for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal.
  • a detector for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal.
  • a detector generates a measurement signal from the beat signal of the first continuous wave radiation with a measurement signal carrier frequency that is equal to the first modulation frequency.
  • part of the second continuous wave radiation is detected using a detector, in particular a second detector, for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal.
  • a detector for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal.
  • a detector generates a measurement signal from the beat signal of the second continuous wave radiation with a measurement signal carrier frequency that is equal to the second modulation frequency.
  • the first detector and the second detector are different detectors from one another.
  • all further detectors for further continuous wave radiation, which result from superimposing further carriers are also different detectors from one another.
  • the first, the second and possibly each additional detector are designed and arranged in such a way that only one amplitude-modulated continuous wave radiation is detected by the respective detector. In this way, the deviations between the respective modulation frequency and the associated reference frequency can be determined clearly and with a good signal-to-noise ratio.
  • this separation of the different continuous wave radiations enables the respective modulation frequency to be completely tunable. Such complete tunability is difficult or impossible if more than two spatially superimposed carriers reach the respective detector at the same time.
  • the deviation between the first modulation frequency and the first reference frequency or between the first modulation frequency and a modified first reference frequency is determined, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, by mixing the Measuring signal with the first reference signal with the first reference frequency or with the modified first reference signal with a frequency shifted by the first offset frequency compared to the first reference frequency.
  • the first measurement signal and the first reference signal are mixed in a mixer, preferably a Schottky mixer.
  • the first reference signal is either generated by a local oscillator of the mixer or the local oscillator of the mixer generates a first local oscillator signal, which is converted into the first reference signal in the mixer due to the non-linearity of the mixer, in which case the first reference frequency is an integer multiple of a first local oscillator frequency of the first Local oscillator signal is.
  • the deviation between the first modulation frequency and the first reference frequency or between the first modulation frequency and a modified first reference frequency is determined, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, by superimposing the first continuous wave radiation and the first reference signal in an electro-optical crystal.
  • the first reference signal causes a polarization rotation of the continuous wave radiation, which is detected behind the electro-optical crystal. This polarization rotation provides information about the deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency.
  • the first or the second modulation frequency is a comparatively high frequency, for example in a range from 500 GHz to 3 THz
  • determining the deviation between the modulation frequency and the reference frequency is difficult. Therefore, in one embodiment of the invention, at least the mixed signal between the first amplitude-modulated continuous wave radiation and the first reference signal with a first offset signal with a first offset frequency or the mixed signal between the second amplitude-modulated continuous wave radiation and the second reference signal with a second offset signal mixed at a second offset frequency.
  • the offset frequency is smaller than the respective reference frequency. If this mixed signal is used to control the carrier sources, the first or second modulation frequency is stabilized to a modified reference frequency.
  • the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by the first offset frequency.
  • the modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by the second offset frequency.
  • the first offset frequency and the second offset frequency are the same or different from each other. If the first and second offset frequencies are the same, the first and second offset signals can be identical. It is understood that the method previously discussed for three, ie at least three, carriers with three carrier frequencies and two modulation frequencies or two reference frequencies can also be implemented for any number greater than three of carriers with carrier frequencies.
  • the method according to the invention has the steps: generating N-1 further reference signals with a (N -1)th reference frequency, where N is an integer, the (N -1)th reference frequency being selected from a range from 10 MHz to 15 THz, generating N further carriers, each with one of N further carrier frequencies, each of the N further carrier frequencies differing from one of the other carrier frequencies by one of N -1 further modulation frequencies and each of the N further carrier frequencies from a range from 30 THz to 860 THz is selected, spatially superimposing each further carrier with another carrier, so that one of N further resulting continuous wave radiations is modulated with one of the N -1 further modulation frequencies amplitudes, for each resulting continuous wave radiation, detecting a part of the resulting continuous wave radiation, determining a deviation of the respective modulation frequency from one of the N -1 further reference frequencies or from one of N-1 modified further reference frequencies, the modified further reference frequency being equal to the further reference frequency shifted by an offset frequency, and regulating each Carrier frequency from the N additional
  • adding a further carrier whose frequency spacing from one of the other carriers is stabilized makes it possible to generate not only another continuous wave radiation with a further modulation frequency, but a series of continuous wave radiations with a series of modulation frequencies, as the further carrier can be overlaid with any of the other supports.
  • At least the first or the second reference frequency or one of the N-1 further reference frequencies or the first or second offset frequency or a further offset frequency is varied or changed.
  • such a change occurs continuously, so that at least the first or the second reference frequency or one of the N-1 further reference frequencies or the associated offset frequency changes linearly as a function of time over a predetermined reference frequency band.
  • Such a change can be used, for example, in an FMCW concept to generate high-frequency radiation that also changes linearly over time.
  • Stepped frequency methods can be implemented in this way.
  • At least the first or the second reference signal is generated with a network analyzer, wherein high-frequency radiation with a first or a second high frequency is generated in a mixer at least from the first amplitude-modulated continuous wave radiation or from the second amplitude-modulated continuous wave radiation, the first high frequency being the same is the first modulation frequency or wherein the second radio frequency is equal to the second modulation frequency and wherein the first radio frequency radiation or the second radio frequency radiation is fed into a measuring port of the network analyzer. Feeding the first high-frequency radiation or the second high-frequency radiation into the measuring port means that the respective high-frequency radiation is provided at the measuring port of the network analyzer and can be used by a user of the network analyzer to carry out his measuring or testing task.
  • the method according to the invention can be used to expand the frequency spectrum of a conventional, commercially available network analyzer. It goes without saying that a third high-frequency radiation with a third high frequency can also be generated in the same way by superimposing the second and third carriers.
  • each of the reference signals required for the method according to the invention according to such an embodiment is generated using the network analyzer. In one embodiment of the invention, each of the reference signals required for the method according to the invention is generated using the same network analyzer, at whose measuring port the respective high-frequency radiation is provided. In one embodiment of the invention, high-frequency radiation is generated at a high frequency from each of the amplitude-modulated continuous-wave radiations, in particular the first continuous-wave radiation and the second continuous-wave radiation and the third continuous-wave radiation, in a mixer.
  • high-frequency radiation with at least a first or a second high-frequency is generated from at least the first amplitude-modulated continuous-wave radiation or the second amplitude-modulated continuous-wave radiation in a mixer, the high-frequency radiation being used as a local oscillator signal, in a spectrometer or in an imaging system.
  • the device of the type mentioned at the outset has: a third carrier source, the third carrier source being designed in such a way that it generates a third electromagnetic carrier with a third carrier frequency during operation of the device, the third carrier frequency being around a second modulation frequency the first carrier frequency and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, a second superposition device, wherein the second superposition device is designed such that during operation of the device by means of the second superposition device, the first carrier and the third carrier are spatially superimposed, so that a resulting second continuous wave radiation is amplitude modulated with the second modulation frequency, a detector, the detector being designed and arranged in such a way that the detector detects part of the second continuous wave radiation during operation of the device, a comparison device, the comparison device being set up in such a way, that the comparison device determines a deviation of the second modulation frequency from
  • the device has a second reference source, wherein the second reference source is designed such that it generates the second reference signal with the second reference frequency during operation of the device.
  • the aforementioned task is also solved by a network analyzer with a device according to an embodiment as described in this application.
  • either the amplitude-modulated continuous wave radiation or a high-frequency radiation generated from it with a high frequency that is equal to the modulation frequency is provided at a measuring port of the respective network analyzer.
  • the aforementioned object is also achieved by a spectrum analyzer with a device according to an embodiment as described in this application.
  • either the amplitude-modulated continuous wave radiation or a high-frequency radiation generated from it with a high frequency that is equal to the modulation frequency is provided as a local oscillator signal of the spectrum analyzer.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic block diagram of an apparatus for generating amplitude-modulated continuous wave electromagnetic radiation according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic representation of an implementation of the device from Figure 2.
  • Figure 4 is a schematic representation of an alternative implementation of the device from Figure 2.
  • the devices 10 shown in Figures 1 and 2 for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation 5, 6, 7 each include three lasers 2, 2 ', 2". These lasers 2, 2', 2" are each used to generate continuous wave laser radiation 8, 9, 11 with a frequency in the near-infrared spectrum.
  • the lasers 2, 2', 2" are carrier sources and the radiations 8, 9, 11 generated by the lasers 2, 2', 2" are carriers in the sense of the present application.
  • the carriers 8, 9, 11 are spatially superimposed on one another on pairs of superposition devices in the form of beam splitters 12, 13, 14.
  • the carrier frequencies f_2, f_2" of the second and third lasers 2, 2" each have a first and second frequency spacing
  • the carrier frequencies f_2, f_2" of the second and third lasers 2, 2" have a third frequency distance
  • the respective frequency spacing is referred to as the modulation frequency in the present application.
  • the distance between the first carrier frequency of the first carrier 9 and the second carrier frequency of the second carrier 8 is a first modulation frequency
  • the distance between the first carrier frequency of the first carrier 9 and the third carrier frequency of the third carrier 11 is a second modulation frequency
  • the distance between the second carrier frequency of the second carrier 9 and the third carrier frequency of the third carrier 8 is a third modulation frequency.
  • the laser 2 forms the first carrier source, which generates the first carrier 9.
  • This laser 2' is free-running within its design-determined bandwidth, ie the emitted first carrier frequency f_2' or carrier wavelength fluctuates over time.
  • the second and third lasers 2, 2′′ are stably regulated to a frequency distance from the first laser 2′ defined by a reference frequency.
  • the device has two laser control devices 4, 4 'and a reference source in the form of a microwave generator 1.
  • Each part of the carriers 8, 9, 11 generated by the lasers 2, 2', 2" is superimposed in pairs on a photomixer 3, 3' together with a reference signal 15.
  • the first carrier 9, the second carrier 8 and the reference signal 15 are superimposed on a first photomixer 3 and the first carrier 9, the third carrier 11 and the reference signal 15 are superimposed on a second photomixer 3 '.
  • the photomixer generates a DC signal that is proportional to a deviation of the first or second modulation frequency
  • the embodiment from Figure 1 makes do with just one reference frequency source 1. Since this generates a single reference frequency, the first and second modulation frequencies are
  • the reference frequency of the reference source can be tuned in a frequency range from 50 GHz to 500 GHz. I.e. the third modulation frequency
  • the embodiment from Figure 2 has two reference frequency sources 1, 1', which generate two reference signals 15, 16 with different reference frequencies.
  • the second reference source T comprises a frequency multiplier that doubles the first reference frequency.
  • three continuous wave radiations 5, 6, 7 can be generated simultaneously, which have three different modulation frequencies
  • are amplitude modulated.
  • the first reference frequency and thus the first modulation frequency is
  • is 200 GHz and therefore the third modulation frequency is
  • Figure 3 shows a concrete implementation of the embodiment from Figure 2.
  • the first DFB diode laser 2 is free-running, while the difference frequencies of the second and third carriers 8, 11 are actively regulated.
  • Each laser covers a wavelength range of 854.32 nm to 857.14 nm, which corresponds to a mode-hop-free tuning range of 1.16 THz.
  • a maximum output power of approximately 100 mW is available in the beam direction behind the isolator.
  • a polarization-maintaining 2x2 fiber coupler is used as a superposition device 12, 13, 14 to combine the carriers 8, 9, 11.
  • the THz emitters 1, 1 form the reference sources in the sense of the present application and the emitted THz radiation 15, 16, the respective associated reference signal.
  • the THz emitters 1, T include a commercially available quartz-stabilized narrowband transmitter, each of which supplies a reference frequency from a frequency range of 325 to 500 GHz and an output power of approximately 0.1 mW.
  • the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 obtained by pairwise spatial superposition is used with the THz Radiation 15, 16 is superimposed in a ZnTe crystal 17, 18 for electro-optical scanning.
  • Two off-axis parabolic mirrors 19 each focus the THz radiation 15, 16 into the crystal 17, 18.
  • the rotation of the polarization plane of the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 is determined by a suitable arrangement of polarization-optical elements as a function of the electric field of the THz radiation 15, 16 translated into a change in intensity.
  • the change in intensity is in turn detected with a photodetector 20, 21.
  • the signal 22, 23 from the photodetectors 20, 21 is modulated with the difference frequency between the modulation frequency and the reference frequency.
  • Each laser controller 4, 4' mixes the signal 22, 23 of a photodetector with a 10 MHz offset signal 24 from an HF generator 25.
  • the laser controllers 4, 4' can use the resulting difference signal to regulate each pair of lasers 2', 2 and 2', 2" to a modulation frequency that is equal to a reference frequency shifted by the offset signal 24.
  • the second laser 2 is shifted upwards in frequency compared to the first laser 2', while the third laser 2" is shifted downwards compared to the first laser 2'. If the reference frequency of the first THz source is 1,500 GHz and the reference frequency of the second THz source is 1,600 GHz, the modulation frequency of the third amplitude-modulated continuous wave radiation is 1.1 THz.
  • Figure 4 shows an alternative concrete implementation of the embodiment from Figure 2. The arrangement differs from that from Figure 3 in the way in which the first and second continuous wave radiation are detected and the deviations between the first modulation frequency and the first reference frequency and between the second modulation frequency and the second reference frequency are determined. Only this aspect that deviates from FIG. 3 is described below.
  • two local oscillators 26, 26' form the first and second reference sources.
  • the first and second local oscillator signals generated by these are fed into a Schottky mixer 27, 28 as first and second reference signals.
  • the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 obtained by pairwise spatial superimposition is each in one photoconductive Photomixer 29, 30 converted into a first or a second measurement signal 31, 32.
  • the first measurement signal 31 has a first measurement signal carrier frequency that is equal to the first beat frequency and the second measurement signal 32 has a second measurement signal carrier frequency that is equal to the second beat frequency.
  • Two off-axis parabolic mirrors 19 each focus the first and second measurement signals 31, 32 onto the respective Schottky mixer 27, 28.
  • the respective measurement signal is mixed with the reference signal in the Schottky mixer.
  • the reference frequency is the sixth harmonic of the local oscillator frequency of the respective local oscillator 26, 26*.
  • the sixth harmonic of the local oscillator signal is caused by its high Nonlinearity in the respective Schottky mixer 27, 28 is generated from the local oscillator signal.
  • the signal 22, 23 from the Schottky mixers 27, 28 is modulated with the difference frequency between the modulation frequency and the reference frequency.
  • Each laser controller 4, 4' mixes the signal 22, 23 of a Schottky mixer 27, 28 with a 10 MHz offset signal 24 from an HF generator 25.
  • the laser controllers 4, 4' can use the resulting difference signal to regulate each pair of lasers 2', 2 and 2', 2" to a modulation frequency that is equal to a reference frequency shifted by the offset signal 24.

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Abstract

The present invention relates to a method for producing amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation, the method including the following steps: producing a first reference signal with a first reference frequency, the first reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, producing a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency, the first carrier frequency being selected from a range of 30 THz to 860 THz, producing a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency, the second carrier frequency differing from the first carrier frequency by a first modulation frequency, spatially superimposing the first carrier and the second carrier, with the result that an arising first continuous wave radiation is amplitude-modulated by the first modulation frequency, detecting a part of the first continuous wave radiation, determining a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, the modified first reference frequency equaling the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and controlling the second carrier frequency such that the deviation is minimized, producing a second reference signal with a second reference frequency, the second reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, producing a third carrier with a third carrier frequency, the third carrier frequency differing from the first carrier frequency by a second modulation frequency and the third carrier frequency differing from the second carrier frequency, spatially superimposing the first carrier and the third carrier, with the result that an arising second continuous wave radiation is amplitude-modulated by the second modulation frequency, detecting a part of the second continuous wave radiation, determining a deviation of the second modulation frequency from the second reference frequency or from a modified second reference frequency, the modified second reference frequency equaling the second reference frequency shifted by a second offset frequency, and controlling the third carrier frequency such that the deviation is minimized.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung Method and device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen eines ersten Referenzsignals mit einer ersten Referenzfrequenz, wobei die erste Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Trägers mit einer ersten Trägerfrequenz, wobei die erste Trägerfrequenz aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist, Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Trägers mit einerzweiten Trägerfrequenz, und wobei sich die zweite Trägerfrequenz um eine erste Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet, räumliches Überlagern des ersten Trägers und des zweiten Trägers, sodass eine sich ergebende erste Dauerstrichstrahlung mit der ersten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, Erfassen eines Teils der ersten Dauerstrichstrahlung, Bestimmen einer Abweichung der ersten Modulationsfrequenz von der ersten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset- Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, und Regeln der zweiten Trägerfrequenz, sodass die Abweichung minimiert wird. The present invention relates to a method for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation, the method having the steps: generating a first reference signal with a first reference frequency, the first reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, generating a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency, the first carrier frequency being selected from a range of 30 THz to 860 THz, generating a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency, and wherein the second carrier frequency differs from the first carrier frequency by a first modulation frequency, spatially superimposing the first carrier and the second carrier, so that a resulting first continuous wave radiation is amplitude modulated with the first modulation frequency, detecting a part of the first continuous wave radiation, determining a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, wherein the modified first reference frequency is equal to is the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and regulating the second carrier frequency so that the deviation is minimized.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung mit einer ersten Referenzquelle, wobei die erste Referenzquelle derart ausgestaltet ist, dass sie in einem Betrieb der Vorrichtung ein erstes Referenzsignal mit einer ersten Referenzfrequenz erzeugt, wobei die erste Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, einer ersten Trägerquelle, wobei die erste Trägerquelle derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung einen ersten elektromagnetischen Träger mit einer ersten Trägerfrequenz erzeugt, wobei die erste Trägerfrequenz aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist und einer zweiten Trägerquelle, wobei die zweite Trägerquelle derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung einen zweiten elektromagnetischen Träger mit einer zweiten Trägerfrequenz erzeugt, wobei sich die zweite Trägerfrequenz um eine erste Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet, einer ersten Überlagerungseinrichtung, wobei die ersten Überlagerungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung mittels der ersten Überlagerungseinrichtung der erste T räger und der zweite T räger räumlich überlagert werden, so dass eine sich ergebende erste Dauerstrichstrahlung mit der ersten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, einem Detektor, wobei der Detektor derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Detektor in dem Betrieb der Vorrichtung einen Teil der ersten Dauerstrichstrahlung erfasst, einer Vergleichseinrichtung, wobei die Vergleichseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Vergleichseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung eine Abweichung der ersten Modulationsfrequenz von der ersten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, bestimmt, und einer Regelungseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass die Regelungseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung die zweite Trägerquelle derart regelt, dass die Abweichung minimiert wird. The present invention also relates to a device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation with a first reference source, wherein the first reference source is designed such that it generates a first reference signal with a first reference frequency during operation of the device, the first reference frequency being selected from one Range from 10 MHz to 15 THz, a first carrier source, the first carrier source being designed such that it generates a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency during operation of the device, the first carrier frequency being in a range from 30 THz to 860 THz is selected and a second carrier source, wherein the second carrier source is designed such that it generates a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency during operation of the device, the second carrier frequency differing from the first carrier frequency by a first modulation frequency, a first superposition device , where the first superimposition device is designed such that during operation of the device by means of the first superposition device, the first carrier and the second carrier are spatially superimposed, so that a resulting first continuous wave radiation is amplitude modulated with the first modulation frequency, a detector, wherein the detector is designed and arranged in such a way that the detector detects a part of the first continuous wave radiation during operation of the device, a comparison device, wherein the comparison device is set up in such a way that the comparison device detects a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from during operation of the device a modified first reference frequency, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and a control device which is designed such that the control device regulates the second carrier source in the operation of the device in such a way that the Deviation is minimized.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, welche elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung eine hochfrequente Amplitudenmodulation aufprägen. Diese amplitudenmodulierte elektromagnetische Strahlung wird für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise wird die Amplitudenmodulation der elektromagnetischen Dauerstrichstrahlung durch Mischen, beispielsweise in einem photokonduktiven Mischer oder in einem elektrooptischen Mischer, in Hochfrequenzstrahlung umgesetzt, deren Trägerfrequenz dann gleich der Modulationsfrequenz der amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung ist. A large number of methods are known from the prior art which impose high-frequency amplitude modulation on electromagnetic continuous wave radiation. This amplitude-modulated electromagnetic radiation is used for a number of applications. For example, the amplitude modulation of the electromagnetic continuous wave radiation is converted into high-frequency radiation by mixing, for example in a photoconductive mixer or in an electro-optical mixer, the carrier frequency of which is then equal to the modulation frequency of the amplitude-modulated continuous wave radiation.
Bei sehr hohen Modulationsfrequenzen kommen herkömmliche Verfahren, beispielsweise eine Modulation mit Hilfe eines elektrooptischen Modulators, an ihre Grenzen. Eine Möglichkeit, der elektromagnetischen Dauerstrichstrahlung eine hochfrequente Amplitudenmodulation aufzuprägen ist, zwei elektromagnetische Träger mit einer ersten und einerzweiten Trägerfrequenz einander räumlich zu überlagern. Weichen die erste Trägerfrequenz und die zweite Trägerfrequenz voneinander ab, so kommt es bei der räumlichen Überlagerung zur Ausbildung eines Schwebungssignals. Die Amplitude des Schwebungssignals ist mit der Differenzfrequenz zwischen der ersten Trägerfrequenz und der zweiten Trägerfrequenz moduliert. Daher wird die Differenzfrequenz zwischen zwei Trägerfrequenzen im Sinne der vorliegenden Anmeldung als Modulationsfrequenz bezeichnet. Diese Modulationsfrequenz ist also sowohl die Frequenz, mit der die elektromagnetische Dauerstrichstrahlung amplitudenmoduliert ist, als auch die Differenzfrequenz zwischen zwei Trägerfrequenzen. Um die Modulationsfrequenz der amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung zeitlich konstant zu halten ist es notwendig, die Trägerfrequenzen der beiden überlagerten elektromagnetischen Trägers zu stabilisieren. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, stabilisierte Laserquellen zum Erzeugen des zweiten Trägers zu verwenden. Da jedoch die absolute Frequenz der beiden Träger unerheblich ist, ist es ferner bekannt, eine Quelle zum Erzeugen des ersten Trägers oder des zweiten Trägers innerhalb einer konstruktionsbedingten Bandbreite frei laufen zu lassen, während die andere Trägerfrequenz, im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung die zweite Trägerfrequenz, so geregelt wird, dass die erste Modulationsfrequenz zeitlich im Wesentlichen konstant ist. Eine solche Regelung ist apparativ vergleichsweise einfach realisierbar. At very high modulation frequencies, conventional methods, for example modulation using an electro-optical modulator, reach their limits. One possibility of imposing a high-frequency amplitude modulation on the electromagnetic continuous wave radiation is to spatially superimpose two electromagnetic carriers with a first and a second carrier frequency on one another. If the first carrier frequency and the second carrier frequency differ from one another, the spatial superposition results in the formation of a beat signal. The amplitude of the beat signal is modulated with the difference frequency between the first carrier frequency and the second carrier frequency. Therefore, the difference frequency between two carrier frequencies is referred to as the modulation frequency in the sense of the present application. This modulation frequency is therefore both the frequency at which the electromagnetic continuous wave radiation is amplitude modulated and the difference frequency between two carrier frequencies. In order to keep the modulation frequency of the amplitude-modulated continuous wave radiation constant over time, it is necessary to stabilize the carrier frequencies of the two superimposed electromagnetic carriers. It is known from the prior art to use stabilized laser sources to generate the second carrier. However, since the absolute frequency of the two carriers is irrelevant, it is also known to let a source for generating the first carrier or the second carrier run freely within a design-related bandwidth, while the other carrier frequency, in the language of the present application, the second carrier frequency, is regulated so that the first modulation frequency is essentially constant over time. Such a regulation can be implemented comparatively easily in terms of apparatus.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektromagnetische Dauerstrichstrahlung, die mit einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert ist, auf einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen. In contrast, the object of the present invention is to provide electromagnetic continuous wave radiation, which is amplitude modulated with a plurality of modulation frequencies, in a simple and cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 dieser Anmeldung gelöst. Dazu weist das Verfahren der eingangs genannten Art weiterhin die Schritte auf: Erzeugen eines zweiten Referenzsignals mit einer zweiten Referenzfrequenz, wobei die zweite Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Erzeugen eines dritten Trägers mit einer dritten Trägerfrequenz, wobei sich die dritte Trägerfrequenz um eine zweite Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet und wobei die dritte Trägerfrequenz von der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist, räumliches Überlagern des ersten Trägers und des dritten Trägers, sodass eine sich ergebende zweite Dauerstrichstrahlung mit einerzweiten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, Erfassen eines Teils der zweiten Dauerstrichstrahlung, Bestimmen einer Abweichung der zweiten Modulationsfrequenz von der zweiten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten zweiten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte zweite Referenzfrequenz gleich der um eine zweite Offset-Frequenz verschobenen zweiten Referenzfrequenz ist, und Regeln der dritten Trägerfrequenz, sodass die Abweichung minimiert wird. This object is achieved according to the invention by a method according to independent claim 1 of this application. For this purpose, the method of the type mentioned at the beginning also has the steps: generating a second reference signal with a second reference frequency, the second reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz, generating a third carrier with a third carrier frequency, the third carrier frequency differs from the first carrier frequency by a second modulation frequency and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, spatially superimposing the first carrier and the third carrier so that a resulting second continuous wave radiation is amplitude modulated with a second modulation frequency, detecting a portion of the second Continuous wave radiation, determining a deviation of the second modulation frequency from the second reference frequency or from a modified second reference frequency, wherein the modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by a second offset frequency, and regulating the third carrier frequency so that the deviation is minimized.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee ist es, drei oder mehr Quellen zum Erzeugen von drei oder mehr elektromagnetischen Trägern mit jeweils einer Trägerfrequenz bereitzustellen. Von diesen Trägern bilden immer zwei ein Paar, das zur Generierung der amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung räumlich überlagert wird. Die Differenzfrequenz zwischen den Trägern eines Paars, d.h. im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung die Modulationsfrequenz, wird auf eine Referenzfrequenz stabilisiert. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Frequenz- oder Netzwerkanalyse ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Insbesondere der Messbereich von 50 GHz bis 1 ,5 THz kann herkömmlich nur mit sehr kostenintensiven Frequenzerweiterungen mit einer Vielzahl von hohlwellenleiter-basierten Vervielfacherketten adressiert werden. The idea underlying the present invention is to provide three or more sources for generating three or more electromagnetic carriers, each with a carrier frequency. Two of these carriers always form a pair that is spatially superimposed to generate the amplitude-modulated continuous wave radiation. The difference frequency between the carriers of a pair, ie the modulation frequency in the language of the present application, is stabilized to a reference frequency. There are significant cost advantages when using the method according to the invention in frequency or network analysis. In particular, the measurement range from 50 GHz to 1.5 THz can conventionally only be addressed with very cost-intensive frequency expansions with a large number of hollow waveguide-based multiplier chains.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Dauerstrich-THz-Spektrometer bestehen gegenüber dem Stand der Technik Vorteile im Hinblick auf die zur Verfügung gestellte Leistung sowie eine verbesserte Frequenzstabilität und höhere Frequenzauflösung. Durch eine geeignete Systemauslegung können Messbereiche von mehreren Terahertz adressiert werden. When using the method according to the invention in a continuous wave THz spectrometer, there are advantages over the prior art in terms of the power provided as well as improved frequency stability and higher frequency resolution. With a suitable system design, measuring ranges of several terahertz can be addressed.
Für die Stabilisierung der ersten Modulationsfrequenz wird ein erstes Referenzsignal mit einer ersten Referenzfrequenz erzeugt, wobei die erste Referenzfrequenz in einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz liegt. Ein Teil der ersten Dauerstrichstrahlung, welche mit der ersten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, wird erfasst und eine Abweichung der ersten Modulationsfrequenz von der ersten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, bestimmt. Dann wird die zweite Trägerfrequenz so geregelt, dass die Abweichung minimiert wird. To stabilize the first modulation frequency, a first reference signal with a first reference frequency is generated, the first reference frequency being in a range from 10 MHz to 15 THz. A portion of the first continuous wave radiation, which is amplitude modulated with the first modulation frequency, is detected and a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, the modified first reference frequency being equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency , certainly. Then the second carrier frequency is controlled so that the deviation is minimized.
Für die Stabilisierung der zweiten Modulationsfrequenz als Differenzfrequenz zwischen dem ersten Träger und dem dritten Träger wird in gleicher weise verfahren, wobei die zweite Modulationsfrequenz auf eine zweite Referenzfrequenz stabilisiert wird. To stabilize the second modulation frequency as the difference frequency between the first carrier and the third carrier, the procedure is the same, with the second modulation frequency being stabilized at a second reference frequency.
In einer Ausführungsform wird zumindest das erste oder das zweite Referenzsignal mit einem Hochfrequenzgenerator erzeugt, so wie er beispielsweise Bestandteil eines Netzwerkanalysators ist. Als Quelle für das erst oder zweite Referenzsignal wird in einer Ausführungsform der Erfindung eine Vervielfacherkette verwendet. Die Quelle für ein Referenzsignal wird in der vorliegenden Anmeldung auch als Referenzquelle bezeichnet. In one embodiment, at least the first or the second reference signal is generated using a high-frequency generator, such as is part of a network analyzer. In one embodiment of the invention, a multiplier chain is used as the source for the first or second reference signal. The source for a reference signal is also referred to as a reference source in the present application.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten Referenzfrequenzen und damit die Modulationsfrequenzen ausgewählt aus einem Bereich von 1 GHz bis 10 THz vorzugsweise aus einem Bereich von 50 GHz bis 1 ,5 THz. In one embodiment of the invention, the first and second reference frequencies and thus the modulation frequencies are selected from a range of 1 GHz to 10 THz, preferably from a range of 50 GHz to 1.5 THz.
In einer Ausführungsform ist die zweite Referenzfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Referenzfrequenz. Da die erste Modulationsfrequenz und die zweite Modulationsfrequenz auf die Referenzfrequenzen geregelt werden, gilt dann auch, dass die zweite Modulationsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Modulationsfrequenz ist. In one embodiment, the second reference frequency is an integer multiple of the first reference frequency. Since the first modulation frequency and the second modulation frequency are regulated to the reference frequencies, it then also applies that the second modulation frequency is an integer multiple of the first modulation frequency.
In einer solchen Ausführungsform können beispielsweise die erste und die zweite Referenzfrequenz und ggf. jede weitere Referenzfrequenz mit einer einzigen Referenzquelle generiert werden, wobei die höheren Harmonischen der ersten Referenzfrequenz für die weiteren Referenzfrequenzen genutzt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die ganze Zahl größer als 1 . In such an embodiment, for example, the first and second reference frequencies and possibly each further reference frequency can be generated with a single reference source, with the higher harmonics of the first reference frequency being used for the further reference frequencies. In one embodiment of the invention, the integer is greater than 1.
In einer Ausführungsform ist die zweite Referenzfrequenz gleich der ersten Referenzfrequenz (ganze Zahl gleich 1 ). Eine solche Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist: Räumliches Überlagern des zweiten Trägers und des dritten Trägers, sodass eine sich ergebende dritte Dauerstrichstrahlung mit einer dritten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist. In one embodiment, the second reference frequency is equal to the first reference frequency (integer equal to 1). Such an embodiment is particularly advantageous if the method further comprises the step: spatially superimposing the second carrier and the third carrier, so that a resulting third continuous wave radiation is amplitude modulated with a third modulation frequency.
Die dritte Modulationsfrequenz ist, wenn die zweite Referenzfrequenz gleich der ersten Referenzfrequenz ist, doppelt so groß wie die erste Referenzfrequenz. If the second reference frequency is equal to the first reference frequency, the third modulation frequency is twice as large as the first reference frequency.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Modulationsfrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der ersten Referenzfrequenz. Es versteht sich, dass auf diese Weise eine Vielzahl von Modulationsfrequenzen adressiert werden können. In one embodiment of the invention, the second modulation frequency is not an integer multiple of the first reference frequency. It goes without saying that a large number of modulation frequencies can be addressed in this way.
Es versteht sich, dass eine Ausführungsform, die auch den zweiten Träger und den dritten Träger überlagert, sodass eine sich ergebende dritte Dauerstrichstrahlung mit einer dritten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, auch realisierbar ist, wenn die zweite Referenzfrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der ersten Referenzfrequenz ist. Eine solche Variante ermöglicht es, auf einfache Weise drei mit verschiedenen Modulationsfrequenzen modulierte Dauerstrichstrahlungen bereitzustellen. It is understood that an embodiment which also superimposes the second carrier and the third carrier, so that a resulting third continuous wave radiation is amplitude modulated with a third modulation frequency, can also be implemented if the second reference frequency is not an integer multiple of the first reference frequency. Such a variant makes it possible to easily provide three continuous wave radiations modulated with different modulation frequencies.
Erfindungsgemäß sind alle Trägerfrequenzen der elektromagnetischen Träger voneinander verschieden. Insbesondere sind die erste Trägerfrequenz, die zweite Trägerfrequenz und die dritte Trägerfrequenz voneinander verschieden. According to the invention, all carrier frequencies of the electromagnetic carriers are different from one another. In particular, the first carrier frequency, the second carrier frequency and the third carrier frequency are different from each other.
Eine Quelle zum Erzeugen eines Trägers wird in dieser Anmeldung auch als Trägerquelle bezeichnet. Einer der Träger bzw. dessen Trägerquelle, im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung wird diese als erste Trägerquelle bzw. erster elektromagnetischer Träger, bezeichnet, ist im Hinblick auf seine Trägerfrequenz freilaufend. D.h. die erste Trägerfrequenz schankt über die Zeit innerhalb einer konstruktionsbedingten Bandbreite der ersten Trägerquelle. A source for generating a carrier is also referred to as a carrier source in this application. One of the carriers or its carrier source, in the language used here In the registration, this is referred to as the first carrier source or first electromagnetic carrier and is free-running with regard to its carrier frequency. This means that the first carrier frequency fluctuates over time within a design-related bandwidth of the first carrier source.
Die zweite Trägerfrequenz des zweiten Trägers ist so geregelt, dass die erste Modulationsfrequenz, d.h. die Differenzfrequenz zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger, zeitlich möglichst geringen Schwankungen unterliegt. The second carrier frequency of the second carrier is regulated so that the first modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the second carrier, is subject to the smallest possible fluctuations over time.
Die dritte Trägerfrequenz ist so geregelt, dass die zweite Modulationsfrequenz, d.h. die Differenzfrequenz zwischen dem ersten Träger und dem dritten Träger, zeitlich möglichst geringen Schwankungen unterliegt. The third carrier frequency is regulated in such a way that the second modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the third carrier, is subject to the smallest possible fluctuations over time.
Optional ist jede weitere Trägerfrequenz so geregelt, dass die weitere Modulationsfrequenz, d.h. die Differenzfrequenz zwischen dem ersten Träger und dem weiteren Träger, zeitlich möglichst geringen Schwankungen unterliegt. Optionally, each additional carrier frequency is regulated in such a way that the additional modulation frequency, i.e. the difference frequency between the first carrier and the additional carrier, is subject to the lowest possible fluctuations over time.
Der erste elektromagnetische Träger, der zweite elektromagnetische Träger und der dritte elektromagnetische T räger werden in einer Ausführungsform der Erfindung mit einer mit einer geeigneten kohärenten Quelle, insbesondere mit einem Laser, beispielsweise einem Halbleiterlaser oder einem Festkörperlaser, erzeugt. In one embodiment of the invention, the first electromagnetic carrier, the second electromagnetic carrier and the third electromagnetic carrier are generated with a suitable coherent source, in particular with a laser, for example a semiconductor laser or a solid-state laser.
Die Trägerwellenlänge oder Trägerfrequenz der einzelnen Träger ist für das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung unerheblich, da es auf die Modulationsfrequenzen und damit die Differenzabstände zwischen den einzelnen Trägerfrequenzen ankommt. Daher ist die Wellenlänge des ersten Trägers ausgewählt aus einem Bereich von 350 nm (UV) bis 10.000 nm (Ferninfrarot) oder im Frequenzbereich ausgedrückt zwischen 30 THz und 860 THz. In einer Ausführungsform der Erfindung liegen der erste, der zweite und der dritte Träger in dem roten bis infraroten Wellenlängenbereich, d.h. in einem Bereich von 600 nm bis 10 pm. In diesem Wellenlängen- bzw. Frequenzbereich sind Laserquellen kommerziell erhältlich und man kann auf optische Komponenten zurückgreifen, die in großer Zahl hergestellt werden und kommerziell verfügbar sind. The carrier wavelength or carrier frequency of the individual carriers is irrelevant to the basic principle of the present invention, since what matters is the modulation frequencies and thus the difference distances between the individual carrier frequencies. Therefore, the wavelength of the first carrier is selected from a range of 350 nm (UV) to 10,000 nm (far infrared) or expressed in the frequency range between 30 THz and 860 THz. In one embodiment of the invention, the first, second and third carriers are in the red to infrared wavelength range, i.e. in a range from 600 nm to 10 pm. Laser sources are commercially available in this wavelength or frequency range and one can rely on optical components that are manufactured in large numbers and are commercially available.
Im Folgenden wird die Erfassung, Bestimmung der Abweichung und der Regelung der Modulationsfrequenz anhand der ersten Dauerstrichstrahlung beschrieben. Diese Verfahrensschritte sind aber für die anderen Dauerstrichstrahlungen gleich, so dass das Zahlwort „erste“ durch die weiteren Zahlwörter ersetzte werden kann, um jeweils eine Beschreibung für die zweite, dritte usw. Dauerstrichstrahlung zu erhalten. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen eines Teils der ersten Dauerstrichstrahlung mithilfe eines Detektors, insbesondere eines ersten Detektors, beispielsweise eines Photodetektors, wie einer Photodiode, eines photokonduktiven Schalters oder eines elektrooptischen Kristalls. Ein solcher Detektor erzeugt aus dem Schwebungssignal der ersten Dauerstrichstrahlung ein Messsignal mit einer Messsignalträgerfrequenz, die gleich der ersten Modulationsfrequenz ist. The following describes the detection, determination of the deviation and the control of the modulation frequency using the first continuous wave radiation. However, these process steps are the same for the other continuous wave radiations, so that the number word “first” can be replaced by the other number words in order to obtain a description for the second, third, etc. continuous wave radiation. In one embodiment of the invention, part of the first continuous wave radiation is detected using a detector, in particular a first detector, for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal. Such a detector generates a measurement signal from the beat signal of the first continuous wave radiation with a measurement signal carrier frequency that is equal to the first modulation frequency.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erfassen eines Teils der zweiten Dauerstrichstrahlung mithilfe eines Detektors, insbesondere eines zweiten Detektors, beispielsweise eines Photodetektors, wie einer Photodiode, eines photokonduktiven Schalters oder eines elektrooptischen Kristalls. Ein solcher Detektor erzeugt aus dem Schwebungssignal der zweiten Dauerstrichstrahlung ein Messsignal mit einer Messsignalträgerfrequenz, die gleich der zweiten Modulationsfrequenz ist. In one embodiment of the invention, part of the second continuous wave radiation is detected using a detector, in particular a second detector, for example a photodetector, such as a photodiode, a photoconductive switch or an electro-optical crystal. Such a detector generates a measurement signal from the beat signal of the second continuous wave radiation with a measurement signal carrier frequency that is equal to the second modulation frequency.
Dabei sind der erste Detektor und der zweite Detektor voneinander verschiedene Detektoren. In einer Ausführungsform sind auch alle weiteren Detektoren für weitere Dauerstrichstrahlungen, die durch Überlagern weiterer Träger ergeben, voneinander verschiedene Detektoren. The first detector and the second detector are different detectors from one another. In one embodiment, all further detectors for further continuous wave radiation, which result from superimposing further carriers, are also different detectors from one another.
In einer Ausführungsform sind der erste, der zweite und ggf. jeder weitere Detektor derart ausgestaltet und angeordnet, dass jeweils nur eine amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung von dem jeweiligen Detektor erfasst wird. Auf diese Weise lassen sich die Abweichungen zwischen der jeweiligen Modulationsfrequenz und der zugehörigen Referenzfrequenz eindeutig und mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis bestimmen. In one embodiment, the first, the second and possibly each additional detector are designed and arranged in such a way that only one amplitude-modulated continuous wave radiation is detected by the respective detector. In this way, the deviations between the respective modulation frequency and the associated reference frequency can be determined clearly and with a good signal-to-noise ratio.
Darüber hinaus ermöglicht diese Trennung der verschiedenen Dauerstrichstrahlungen eine vollständige Abstimmbarkeit der jeweiligen Modulationsfrequenz. Eine solche vollständige Abstimmbarkeit ist erschwert oder unmöglich, wenn gleichzeitig mehr als zwei räumlich überlagerte Träger auf den jeweiligen Detektor gelangen. In addition, this separation of the different continuous wave radiations enables the respective modulation frequency to be completely tunable. Such complete tunability is difficult or impossible if more than two spatially superimposed carriers reach the respective detector at the same time.
In einer Ausführungsfomn der Erfindung erfolgt das Bestimmen der Abweichung zwischen der ersten Modulationsfrequenz und der ersten Referenzfrequenz oder zwischen der ersten Modulationsfrequenz und einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, durch Mischen des Messsignals mit dem ersten Referenzsignal mit der ersten Referenzfrequenz oder mit dem modifizierten ersten Referenzsignal mit einer gegenüber der ersten Referenzfrequenz um die erste Offset-Frequenz verschobenen Frequenz. In einer Ausführungsform erfolgt das Mischen des ersten Messignals und des ersten Referenzsignals in einem Mischer, vorzugsweise einem Schottky-Mischer. Dabei wird das erste Referenzsignal entweder von einem Lokaloszillator des Mischers generiert oder der Lokaloszillator des Mischers generiert ein erstes Lokaloszillatorsignal, welches aufgrund der Nichtlinearität des Mischers im Mischer in das erste Referenzsignal umgesetzt wird, wobei dann die erste Referenzfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches einer ersten Lokaloszillatorfrequenz des ersten Lokaloszillatorsignals ist. In one embodiment of the invention, the deviation between the first modulation frequency and the first reference frequency or between the first modulation frequency and a modified first reference frequency is determined, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, by mixing the Measuring signal with the first reference signal with the first reference frequency or with the modified first reference signal with a frequency shifted by the first offset frequency compared to the first reference frequency. In one embodiment, the first measurement signal and the first reference signal are mixed in a mixer, preferably a Schottky mixer. The first reference signal is either generated by a local oscillator of the mixer or the local oscillator of the mixer generates a first local oscillator signal, which is converted into the first reference signal in the mixer due to the non-linearity of the mixer, in which case the first reference frequency is an integer multiple of a first local oscillator frequency of the first Local oscillator signal is.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Bestimmen der Abweichung zwischen der ersten Modulationsfrequenz und der ersten Referenzfrequenz oder zwischen der ersten Modulationsfrequenz und einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, durch Überlagern der ersten Dauerstrichstrahlung und des ersten Referenzsignals in einem elektrooptischen Kristall. Das erste Referenzsignal bewirkt eine Polarisationsdrehung der Dauerstrichstrahlung, welche hinter dem elektrooptischen Kristall erfasst wird. Diese Polarisationsdrehung gibt Aufschluss über die Abweichung der ersten Modulationsfrequenz von der ersten Referenzfrequenz. In one embodiment of the invention, the deviation between the first modulation frequency and the first reference frequency or between the first modulation frequency and a modified first reference frequency is determined, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, by superimposing the first continuous wave radiation and the first reference signal in an electro-optical crystal. The first reference signal causes a polarization rotation of the continuous wave radiation, which is detected behind the electro-optical crystal. This polarization rotation provides information about the deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency.
In einer Ausführungsform, bei der zumindest die erste oder die zweite Modulationsfrequenz eine vergleichsweise hohe Frequenz ist, beispielsweise in einem Bereich von 500 GHz bis 3 THz, ist das Bestimmen der Abweichung zwischen der Modulationsfrequenz und der Referenzfrequenz erschwert. Daher wird in einer Ausführungsform der Erfindung zumindest das Mischsignal zwischen der ersten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung und dem ersten Referenzsignal mit einem ersten Offset-Signal mit einer ersten Offset-Frequenz oder das Mischsignal zwischen der zweiten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung und dem zweiten Referenzsignal mit einem zweiten Offset-Signal mit einer zweiten Offset-Frequenz gemischt. Es versteht sich, dass die Offset-Frequenz kleiner ist als die jeweilige Referenzfrequenz. Wird dieses Mischsignal für die Regelung der Trägerquellen verwendet, so wird die erste bzw. die zweite Modulationsfrequenz auf eine modifizierte Referenzfrequenz stabilisiert. Die modifizierte erste Referenzfrequenz ist gleich der um die erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz. Die modifizierte zweite Referenzfrequenz ist gleich der um die zweite Offset-Frequenz verschobenen zweiten Referenzfrequenz. In an embodiment in which at least the first or the second modulation frequency is a comparatively high frequency, for example in a range from 500 GHz to 3 THz, determining the deviation between the modulation frequency and the reference frequency is difficult. Therefore, in one embodiment of the invention, at least the mixed signal between the first amplitude-modulated continuous wave radiation and the first reference signal with a first offset signal with a first offset frequency or the mixed signal between the second amplitude-modulated continuous wave radiation and the second reference signal with a second offset signal mixed at a second offset frequency. It goes without saying that the offset frequency is smaller than the respective reference frequency. If this mixed signal is used to control the carrier sources, the first or second modulation frequency is stabilized to a modified reference frequency. The modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by the first offset frequency. The modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by the second offset frequency.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste Offset-Frequenz und die zweite Offset- Frequenz gleich oder voneinander verschieden. Sind die erste und die zweite Offset-Frequenz gleich, so können das erste und das zweite Offset-Signal identisch sein. Es versteht sich, dass das zuvor für drei, d.h. mindestens drei, Träger mit drei Trägerfrequenzen und zwei Modulationsfrequenzen bzw. zwei Referenzfrequenzen diskutierte Verfahren auch für jede beliebige Anzahl größer drei von Trägern mit Trägerfrequenzen implementiert werden kann. In one embodiment of the invention, the first offset frequency and the second offset frequency are the same or different from each other. If the first and second offset frequencies are the same, the first and second offset signals can be identical. It is understood that the method previously discussed for three, ie at least three, carriers with three carrier frequencies and two modulation frequencies or two reference frequencies can also be implemented for any number greater than three of carriers with carrier frequencies.
Daher weist das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform die Schritte auf: Erzeugen von N-1 weiteren Referenzsignalen mit einer (N -1)ten Referenzfrequenz, wobei N eine ganze Zahl ist, wobei die (N -1 )te Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Erzeugen von N weiteren Trägern mit jeweils einer von N weiteren Trägerfrequenzen, wobei sich jede der N weiteren Trägerfrequenzen um eine aus N -1 weiteren Modulationsfrequenzen von einer deranderen Trägerfrequenzen unterscheidet und wobei jede der N weiteren Trägerfrequenzen aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist, räumliches Überlagern jedes weiteren Trägers mit einem anderen Träger, sodass eine aus N weiteren sich ergebenden Dauerstrichstrahlungen mit einer aus den N -1 weiteren Modulationsfrequenzen amplituden moduliert ist, für jede sich ergebende Dauerstrichstrahlung, Erfassen eines Teils der sich ergebenden Dauerstrichstrahlung, Bestimmen eine Abweichung der jeweiligen Modulationsfrequenz von einer aus den N -1 weiteren Referenzfrequenzen oder von einer aus N-1 modifizierten weiteren Referenzfrequenzen, wobei die modifizierte weitere Referenzfrequenz gleich der um eine Offset-Frequenz verschobenen weiteren Referenzfrequenz ist, und Regeln jeder Trägerfrequenz aus den N weiteren Trägerfrequenzen, sodass die Abweichung minimiert wird. Die jeweilige Offset-Frequenz kann gleich der ersten und/oder der zweiten Offset-Frequenz sein oder von dieser verschieden sein. Therefore, in one embodiment, the method according to the invention has the steps: generating N-1 further reference signals with a (N -1)th reference frequency, where N is an integer, the (N -1)th reference frequency being selected from a range from 10 MHz to 15 THz, generating N further carriers, each with one of N further carrier frequencies, each of the N further carrier frequencies differing from one of the other carrier frequencies by one of N -1 further modulation frequencies and each of the N further carrier frequencies from a range from 30 THz to 860 THz is selected, spatially superimposing each further carrier with another carrier, so that one of N further resulting continuous wave radiations is modulated with one of the N -1 further modulation frequencies amplitudes, for each resulting continuous wave radiation, detecting a part of the resulting continuous wave radiation, determining a deviation of the respective modulation frequency from one of the N -1 further reference frequencies or from one of N-1 modified further reference frequencies, the modified further reference frequency being equal to the further reference frequency shifted by an offset frequency, and regulating each Carrier frequency from the N additional carrier frequencies, so that the deviation is minimized. The respective offset frequency can be the same as or different from the first and/or the second offset frequency.
Es versteht sich, dass das Hinzufügen eines weiteren Trägers, dessen Frequenzabstand zu einem der anderen Träger stabilisiert ist, es nicht nur ermöglicht, eine weitere Dauerstrichstrahlung mit einer weiteren Modulationsfrequenz zu erzeugen, sondern eine Reihe von Dauerstrichstrahlungen mit einer Reihe von Modulationsfrequenzen, da derweitere Träger mit jedem der anderen Träger überlagerbar ist. It is understood that adding a further carrier whose frequency spacing from one of the other carriers is stabilized makes it possible to generate not only another continuous wave radiation with a further modulation frequency, but a series of continuous wave radiations with a series of modulation frequencies, as the further carrier can be overlaid with any of the other supports.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest die erste oder die zweite Referenzfrequenz oder eine der N-1 weiteren Referenzfrequenzen oder die erste oder zweite Offset-Frequenz oder eine weitere Offset-Frequenz variiert bzw. geändert. In one embodiment of the invention, at least the first or the second reference frequency or one of the N-1 further reference frequencies or the first or second offset frequency or a further offset frequency is varied or changed.
Eine solche Änderung erfolgt in einer Ausführungsform kontinuierlich, sodass sich zumindest die erste oder die zweite Referenzfrequenz oder eine der N-1 weiteren Referenzfrequenzen bzw. die zugehörige Offset-Frequenz linear in Abhängigkeit von der Zeit über ein vorgegebenes Referenzfrequenzband ändert. Eine solche Änderung kann beispielsweise in einem FMCW-Konzept zur Generierung einer sich ebenfalls linear gegenüber der Zeit ändernden Hochfrequenzstrahlung dienen. In one embodiment, such a change occurs continuously, so that at least the first or the second reference frequency or one of the N-1 further reference frequencies or the associated offset frequency changes linearly as a function of time over a predetermined reference frequency band. Such a change can be used, for example, in an FMCW concept to generate high-frequency radiation that also changes linearly over time.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird bei der Änderung zumindest der ersten oder der zweiten Referenzfrequenz oder einer der N-1 weiteren Referenzfrequenzen oder der zugehörigen Offset-Frequenz diese nacheinander zu diskreten Referenzpunkten verschoben. Auf diese Weise können stepped frequency-Verfahren realisiert werden. In one embodiment of the invention, when changing at least the first or the second reference frequency or one of the N-1 further reference frequencies or the associated offset frequency, these are shifted one after the other to discrete reference points. Stepped frequency methods can be implemented in this way.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest das erste oder das zweite Referenzsignal mit einem Netzwerkanalysator erzeugt, wobei zumindest aus der ersten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung oder aus der zweiten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung in einem Mischer Hochfrequenzstrahlung mit einer ersten oder einer zweiten Hochfrequenz erzeugt wird, wobei die erste Hochfrequenz gleich der ersten Modulationsfrequenz ist oder wobei die zweiten Hochfrequenz gleich der zweiten Modulationsfrequenz ist und wobei die erste Hochfrequenzstrahlung oder die zweite Hochfrequenzstrahlung in ein Messtor des Netzwerkanalysators eingespeist wird. Dabei bedeutet das Einspeisen der ersten Hochfrequenzstrahlung oder die zweiten Hochfrequenzstrahlung in das Messtor, dass die jeweilige Hochfrequenzstrahlung an dem Messtor des Netzwerkanalysators bereitgestellt und von einem Nutzer des Netzwerkanalysators zur Durchführung seiner Mess- oder Prüfaufgabe nutzbar ist. In one embodiment of the invention, at least the first or the second reference signal is generated with a network analyzer, wherein high-frequency radiation with a first or a second high frequency is generated in a mixer at least from the first amplitude-modulated continuous wave radiation or from the second amplitude-modulated continuous wave radiation, the first high frequency being the same is the first modulation frequency or wherein the second radio frequency is equal to the second modulation frequency and wherein the first radio frequency radiation or the second radio frequency radiation is fed into a measuring port of the network analyzer. Feeding the first high-frequency radiation or the second high-frequency radiation into the measuring port means that the respective high-frequency radiation is provided at the measuring port of the network analyzer and can be used by a user of the network analyzer to carry out his measuring or testing task.
Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Erweitern des Frequenzspektrums eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Netzwerkanalysators verwendet werden. Es versteht sich, dass auf gleiche Weise auch eine dritte Hochfrequenzstrahlung mit einer dritten Hochfrequenz durch Überlagern des zweiten und des dritten Trägers generiert werden kann. In this way, the method according to the invention can be used to expand the frequency spectrum of a conventional, commercially available network analyzer. It goes without saying that a third high-frequency radiation with a third high frequency can also be generated in the same way by superimposing the second and third carriers.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird jedes der für das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer solchen Ausführungsform benötigte Referenzsignal mit dem Netzwerkanalysator erzeugt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird jedes der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Referenzsignal mit dem gleichen Netzwerkanalysator erzeugt, an dessen Messtor die jeweilige Hochfrequenzstrahlung bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ausjeder der amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlungen, insbesondere der ersten Dauerstrichstrahlung und der zweiten Dauerstrichstrahlung und der dritten Dauerstrichstrahlung, in einem Mischer Hochfrequenzstrahlung mit einer Hochfrequenz erzeugt. In one embodiment of the invention, each of the reference signals required for the method according to the invention according to such an embodiment is generated using the network analyzer. In one embodiment of the invention, each of the reference signals required for the method according to the invention is generated using the same network analyzer, at whose measuring port the respective high-frequency radiation is provided. In one embodiment of the invention, high-frequency radiation is generated at a high frequency from each of the amplitude-modulated continuous-wave radiations, in particular the first continuous-wave radiation and the second continuous-wave radiation and the third continuous-wave radiation, in a mixer.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest aus der ersten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung oder der zweiten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung in einem Mischer Hochfrequenzstrahlung mit zumindest einer ersten oder einer zweiten Hochfrequenz erzeugt, wobei die Hochfrequenzstrahlung als Lokaloszillatorsignal, in einem Spektrometer o- der in einem bildgebenden System verwendet wird. In one embodiment of the invention, high-frequency radiation with at least a first or a second high-frequency is generated from at least the first amplitude-modulated continuous-wave radiation or the second amplitude-modulated continuous-wave radiation in a mixer, the high-frequency radiation being used as a local oscillator signal, in a spectrometer or in an imaging system.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem auch durch eine Vorrichtung zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung gemäß dem unabhängigen, auf die Vorrichtung gerichteten Anspruch gelöst. Dazu weist die Vorrichtung der eingangs genannten Art auf: eine dritte Trägerquelle, wobei die dritte Trägerquelle derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung einen dritte elektromagnetischen T räger mit einer dritten Trägerfrequenz erzeugt, wobei sich die dritte Trägerfrequenz um eine zweite Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet und wobei die dritte Trägerfrequenz von der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist, eine zweite Überlagerungseinrichtung, wobei die zweite Überlagerungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung mittels der zweiten Überlagerungseinrichtung der erste Träger und der dritte Träger räumlich überlagert werden, so dass eine sich ergebende zweite Dauerstrichstrahlung mit der zweiten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, einen Detektor, wobei der Detektor derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Detektor in dem Betrieb der Vorrichtung einen Teil der zweiten Dauerstrichstrahlung erfasst, eine Vergleichseinrichtung, wobei die Vergleichseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Vergleichseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung eine Abweichung der zweiten Modulationsfrequenz von einer zweiten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten zweiten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte zweite Referenzfrequenz gleich der um eine zweite Offset-Frequenz verschobenen zweiten Referenzfrequenz ist, bestimmt, wobei die zweite Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz und wobei die Regelungseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass die Regelungseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung die dritte Trägerquelle derart regelt, dass die Abweichung minimiert wird. The aforementioned object is also achieved by a device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation according to the independent claim directed to the device. For this purpose, the device of the type mentioned at the outset has: a third carrier source, the third carrier source being designed in such a way that it generates a third electromagnetic carrier with a third carrier frequency during operation of the device, the third carrier frequency being around a second modulation frequency the first carrier frequency and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, a second superposition device, wherein the second superposition device is designed such that during operation of the device by means of the second superposition device, the first carrier and the third carrier are spatially superimposed, so that a resulting second continuous wave radiation is amplitude modulated with the second modulation frequency, a detector, the detector being designed and arranged in such a way that the detector detects part of the second continuous wave radiation during operation of the device, a comparison device, the comparison device being set up in such a way, that the comparison device determines a deviation of the second modulation frequency from a second reference frequency or from a modified second reference frequency during operation of the device, wherein the modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by a second offset frequency, wherein the second reference frequency is selected from a range of 10 MHz to 15 THz and wherein the control device, which is designed such that the control device regulates the third carrier source during operation of the device in such a way that the deviation is minimized.
Soweit im folgenden Aspekte der Erfindung im Hinblick auf die Vorrichtung beschrieben werden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung und umgekehrt. Soweit das Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird, so weist diese Vorrichtung die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbesondere sind Ausführungsformen der Vorrichtung zum Ausführen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet. As far as aspects of the invention are described below with regard to the device, these also apply to the corresponding method for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation and vice versa. So much for the procedure is carried out with a device according to this invention, this device has the appropriate facilities for this. In particular, embodiments of the device are suitable for carrying out the previously described embodiments of the method.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Referenzquelle auf, wobei die zweite Referenzquelle derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung das zweite Referenzsignal mit der zweiten Referenzfrequenz erzeugt. In one embodiment, the device has a second reference source, wherein the second reference source is designed such that it generates the second reference signal with the second reference frequency during operation of the device.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch durch einen Netzwerkanalysator mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, so wie sie in dieser Anmeldung beschrieben wurde, gelöst. The aforementioned task is also solved by a network analyzer with a device according to an embodiment as described in this application.
Dabei wird in einer Ausführungsform entweder die amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung oder eine aus dieser generiert Hochfrequenzstrahlung mit einer Hochfrequenz, die gleich der Modulationsfrequenz ist, an einem Messtor des jeweiligen Netzwerkanalysators bereitgestellt. In one embodiment, either the amplitude-modulated continuous wave radiation or a high-frequency radiation generated from it with a high frequency that is equal to the modulation frequency is provided at a measuring port of the respective network analyzer.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch durch einen Spektrumanalysator mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, so wie sie in dieser Anmeldung beschrieben wurde, gelöst. The aforementioned object is also achieved by a spectrum analyzer with a device according to an embodiment as described in this application.
Dabei wird in einer Ausführungsform entweder die amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung oder eine aus dieser generiert Hochfrequenzstrahlung mit einer Hochfrequenz, die gleich der Modulationsfrequenz ist, als Lokaloszillatorsignal des Spektrumanalysators bereitgestellt. In one embodiment, either the amplitude-modulated continuous wave radiation or a high-frequency radiation generated from it with a high frequency that is equal to the modulation frequency is provided as a local oscillator signal of the spectrum analyzer.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und der zugehörigen Figuren deutlich. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become clear from the following description of embodiments and the associated figures. In the figures, the same elements are designated with the same reference numerals.
Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 1 is a schematic block diagram of a device for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation according to a first embodiment of the present invention.
Figur 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 2 is a schematic block diagram of an apparatus for generating amplitude-modulated continuous wave electromagnetic radiation according to a second embodiment of the present invention.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Realisierung der Vorrichtung aus Figur 2. Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Realisierung der Vorrichtung aus Figur 2. Figure 3 is a schematic representation of an implementation of the device from Figure 2. Figure 4 is a schematic representation of an alternative implementation of the device from Figure 2.
Das den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zugrundeliegende Konzept vereint die Vorteile von Verfahren, die Hochfrequenzstrahlung durch Mischen zweier optischer Frequenzen generieren, und herkömmlicher Mikrowellenmesstechnik. The concept underlying the embodiments of the invention described below combines the advantages of methods that generate high-frequency radiation by mixing two optical frequencies and conventional microwave measurement technology.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 10 zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung 5, 6, 7 umfassen jeweils drei Laser 2, 2‘, 2“. Diese Laser 2, 2‘, 2“ dienen jeweils der der Erzeugung von Dauerstrich-Laserstrahlung 8, 9, 11 mit einer Frequenz im Nahinfraroten-Spektrum. Die Laser 2, 2‘, 2“ sind im allgemeinen Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung Trägerquellen und die von den Lasern 2, 2‘, 2“ generierte Strahlungen 8, 9, 11 sind Träger im Sinne der vorliegenden Anmeldung. The devices 10 shown in Figures 1 and 2 for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation 5, 6, 7 each include three lasers 2, 2 ', 2". These lasers 2, 2', 2" are each used to generate continuous wave laser radiation 8, 9, 11 with a frequency in the near-infrared spectrum. In the general usage of the present application, the lasers 2, 2', 2" are carrier sources and the radiations 8, 9, 11 generated by the lasers 2, 2', 2" are carriers in the sense of the present application.
Um Dauerstrichstrahlung 5, 6, 7 deren Amplitude mit drei voneinander verschiedenen Modulationsfrequenzen moduliert ist zu generieren, werden die Träger 8, 9, 11 auf paarweise Überlagerungseinrichtungen in Form von Strahlteilem 12, 13, 14 einander räumlich überlagert. In order to generate continuous wave radiation 5, 6, 7 whose amplitude is modulated with three different modulation frequencies, the carriers 8, 9, 11 are spatially superimposed on one another on pairs of superposition devices in the form of beam splitters 12, 13, 14.
Die Trägerfrequenzen f_2, f_2“ der zweiten und dritten Laser 2, 2“ weisen jeweils einen ersten bzw. zweiten Frequenzabstand |f_2 - f_2‘|, |f_2‘ - f_2“| von der ersten Trägerfrequenz f_2‘ auf. Die Trägerfrequenzen f_2, f_2“ der zweiten und dritten Laser 2, 2“ weisen voneinander einen dritten Frequenzabstand |f_2 - f_2“| auf. The carrier frequencies f_2, f_2" of the second and third lasers 2, 2" each have a first and second frequency spacing |f_2 - f_2'|, |f_2' - f_2"| from the first carrier frequency f_2'. The carrier frequencies f_2, f_2" of the second and third lasers 2, 2" have a third frequency distance |f_2 - f_2"| from each other on.
Mit diesen Frequenzabständen |f_2 — f_2‘|, |f_2‘ -f_2“|, |f_2 -f_2“| ist die durch die paarweise räumliche Überlagerung der Träger 8, 9, 11 entstehende Dauerstrichstrahlung 5, 6, 7 amplitudenmoduliert. Daher wird der jeweilige Frequenzabstand in der vorliegenden Anmeldung als Modulationsfrequenz bezeichnet. Dabei ist der Abstand der ersten Trägerfrequenz des ersten Trägers 9 von der zweiten Trägerfrequenz des zweiten Trägers 8 eine erste Modulationsfrequenz, der Abstand der ersten T rägerfrequenz des ersten T rägers 9 von der dritten T rägerfre- quenz des dritten Trägers 11 ist eine zweite Modulationsfrequenz und der Abstand der zweiten Trägerfrequenz des zweiten Trägers 9 von der dritten Trägerfrequenz des dritten Trägers 8 ist eine dritte Modulationsfrequenz. With these frequency distances |f_2 — f_2'|, |f_2' -f_2"|, |f_2 -f_2"| the continuous wave radiation 5, 6, 7 resulting from the paired spatial superimposition of the carriers 8, 9, 11 is amplitude modulated. Therefore, the respective frequency spacing is referred to as the modulation frequency in the present application. The distance between the first carrier frequency of the first carrier 9 and the second carrier frequency of the second carrier 8 is a first modulation frequency, the distance between the first carrier frequency of the first carrier 9 and the third carrier frequency of the third carrier 11 is a second modulation frequency and the distance between the second carrier frequency of the second carrier 9 and the third carrier frequency of the third carrier 8 is a third modulation frequency.
Der Laser 2' bildet die erste Trägerquelle, welche ersten Träger 9 generiert. Dieser Laser 2' ist innerhalb seiner konstruktionsbedingt vorgegebenen Bandbreite freilaufend, d.h. die abgestrahlte erste Trägerfrequenz f_2‘ bzw. Trägerwellenlänge schwankt im zeitlichen Verlauf. Um dennoch eine zeitlich im Wesentlichen konstante Modulationsfrequenz |f_2 - f_2‘|, |f_2‘ - f_2“|, |f_2 - f_2“| der durch Überlagerung generierten Dauerstrichstrahlung 5, 6, 7 bereitzustellen werden der zweiten und dritten Laser 2, 2“ stabil auf einen durch eine Referenzfrequenz definierten Frequenzabstand von dem ersten Laser 2‘ geregelt. The laser 2 'forms the first carrier source, which generates the first carrier 9. This laser 2' is free-running within its design-determined bandwidth, ie the emitted first carrier frequency f_2' or carrier wavelength fluctuates over time. In order to achieve an essentially constant modulation frequency |f_2 - f_2'|, |f_2' - f_2“|, |f_2 - f_2“| In order to provide the continuous wave radiation 5, 6, 7 generated by superposition, the second and third lasers 2, 2″ are stably regulated to a frequency distance from the first laser 2′ defined by a reference frequency.
Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung zwei Laser-Regelungseinrichtungen 4, 4‘ und eine Referenzquelle in Form eines Mikrowellengenerators 1 auf. Jeweils ein Teil der von den Lasern 2, 2‘, 2“ generieten Träger 8, 9, 11 wird paarweise auf einem Photomischer 3, 3‘ zusammen mit einem Referenzsignal 15 überlagert. Dabei werden der erste Träger 9, der zweite Träger8 und das Referenzsignal 15 auf einem ersten Photomischer 3 überlagert und der erste Träger 9, der dritte Träger 11 und das Referenzsignal 15 werden auf einem zweiten Photomischer 3‘ überlagert. Der Photomischer generiert ein DC-Signal, das proportional zu einer Abweichung der ersten bzw. zweiten Modulationsfrequenz |f_2 - f_2‘|, |f_2‘ - f_2“| vorn der Referenzfrequenz des Referenzsignals 15 ist. Daher kann die Abweichung zum Nachführen des zweiten bzw. dritten Lasers 2, 2“ verwendet werden. Minimiert man die Abweichungen im zeitlichen Verlauf, so werden auch die zeitlichen Schwankungen aller drei Modulationsfrequenzen minimiert. For this purpose, the device has two laser control devices 4, 4 'and a reference source in the form of a microwave generator 1. Each part of the carriers 8, 9, 11 generated by the lasers 2, 2', 2" is superimposed in pairs on a photomixer 3, 3' together with a reference signal 15. The first carrier 9, the second carrier 8 and the reference signal 15 are superimposed on a first photomixer 3 and the first carrier 9, the third carrier 11 and the reference signal 15 are superimposed on a second photomixer 3 '. The photomixer generates a DC signal that is proportional to a deviation of the first or second modulation frequency |f_2 - f_2'|, |f_2' - f_2"| in front of the reference frequency of the reference signal 15. Therefore, the deviation can be used to track the second or third laser 2.2". If the deviations over time are minimized, the temporal fluctuations of all three modulation frequencies are also minimized.
Dabei kommt die Ausführungsform aus Figur 1 mit nur einer Referenzfrequenzquelle 1 aus. Da diese eine einzige Referenzfrequenz generiert, sind die erste und die zweite Modulationsfrequenz |f_2 - f_2‘|, |f_2‘ - f_2“| identisch. Durch geeignete Wahl der absoluten Trägerfrequenzen der drei Laser 2, 2‘, 2“ beträgt aber die dritte Modulationsfrequenz |f_‘ - f_2“| gleich dem Doppelten der ersten bzw. zweiten Modulationsfrequenz. In der dargestellten Ausführungsform der Figur 2 ist die Referenzfrequenz der Referenzquelle in einem Frequenzbereich von 50 GHz bis 500 GHz abstimmbar. D.h. die dritte Modulationsfrequenz |f_‘ - f_2“| ist über einen Frequenzbereich von 100 GHz bis 1 THz stabil erzeugbar. The embodiment from Figure 1 makes do with just one reference frequency source 1. Since this generates a single reference frequency, the first and second modulation frequencies are |f_2 - f_2'|, |f_2' - f_2"| identical. By appropriately choosing the absolute carrier frequencies of the three lasers 2, 2', 2", the third modulation frequency is |f_' - f_2"| equal to twice the first or second modulation frequency. In the illustrated embodiment of Figure 2, the reference frequency of the reference source can be tuned in a frequency range from 50 GHz to 500 GHz. I.e. the third modulation frequency |f_' - f_2"| can be generated stably over a frequency range of 100 GHz to 1 THz.
Die Ausführungsform aus Figur 2 hingegen weist zwei Referenzfrequenzquellen 1 , 1' auf, die zwei Referenzsignale 15, 16 mit voneinander verschiedenen Referenzfrequenzen erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die zweite Referenzquelle T einen Frequenzvervielfacher, der die erste Referenzfrequenz verdoppelt. Mit einer solchen Ausführungsform lassen sich gleichzeitig drei Dauerstrichstrahlungen 5, 6, 7 generieren, die mit drei voneinander verschiedenen Modulationsfrequenzen |f_2 - f_2‘|, |f_2‘ - f_2“|, |f_2 - f_2“| amplitudenmoduliert sind. In einem Beispiel beträgt die erste Referenzfrequenz und damit die erste Modulationsfrequenz |f_2 - f_2‘| 100 GHz, die zweite Referenzfrequenz und damit die zweite Modulationsfrequenz |f_2‘ - f_2“| beträgt 200 GHz und folglich beträgt die dritte Modulationsfrequenz |f_‘ - f_2“| 300 GHz. Figur 3 zeigt eine konkrete Realisierung der Ausführungsform aus Figur 2. Drei DFB- Diodenlaser mit einem integrierten optischen 60-dB-lsolator, der optische Rückkopplungen in die jeweilige Laserdiode verhindert, dienen als Trägerquellen 2, 2‘, 2“ der Erzeugung eines ersten elektromagnetischen Trägers 9, eines zweiten elektromagnetischen Trägers 8 und einer dritten elektromagnetischen Trägers 11. Der erste DFB- Diodenlaser 2‘ ist freilaufend, während die Differenzfrequenzen des zweiten und des dritten Trägers 8, 11 aktiv geregelt werden. Jeder Laser deckt einen Wellenlängenbereich von 854,32 nm bis 857,14 nm ab, was einem modensprungfreien Abstimmbereich von 1 ,16 THz entspricht. In Strahlrichtung hinter dem Isolator ist eine maximale Ausgangsleistung von etwa 100 mW verfügbar. The embodiment from Figure 2, on the other hand, has two reference frequency sources 1, 1', which generate two reference signals 15, 16 with different reference frequencies. In the embodiment shown, the second reference source T comprises a frequency multiplier that doubles the first reference frequency. With such an embodiment, three continuous wave radiations 5, 6, 7 can be generated simultaneously, which have three different modulation frequencies |f_2 - f_2'|, |f_2' - f_2"|, |f_2 - f_2"| are amplitude modulated. In one example, the first reference frequency and thus the first modulation frequency is |f_2 - f_2'| 100 GHz, the second reference frequency and thus the second modulation frequency |f_2' - f_2“| is 200 GHz and therefore the third modulation frequency is |f_' - f_2“| 300GHz. Figure 3 shows a concrete implementation of the embodiment from Figure 2. Three DFB diode lasers with an integrated optical 60 dB isolator, which prevents optical feedback in the respective laser diode, serve as carrier sources 2, 2 ', 2 "to generate a first electromagnetic Carrier 9, a second electromagnetic carrier 8 and a third electromagnetic carrier 11. The first DFB diode laser 2 'is free-running, while the difference frequencies of the second and third carriers 8, 11 are actively regulated. Each laser covers a wavelength range of 854.32 nm to 857.14 nm, which corresponds to a mode-hop-free tuning range of 1.16 THz. A maximum output power of approximately 100 mW is available in the beam direction behind the isolator.
Jeweils ein polarisationserhaltender 2x2-Faser-Koppler wird als Überlagerungseinrichtung 12, 13, 14 verwendet, um die Träger 8, 9, 11 zu kombinieren. In der dargestellten Ausführungsform wird nur die amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung 7, die sich aus der räumlichen Überlagerung des zweiten und des dritten Trägers 8, 11 ergibt, für eine Messung verwendet. A polarization-maintaining 2x2 fiber coupler is used as a superposition device 12, 13, 14 to combine the carriers 8, 9, 11. In the embodiment shown, only the amplitude-modulated continuous wave radiation 7, which results from the spatial superposition of the second and third carriers 8, 11, is used for a measurement.
Zwei THz-Emitter 1 , 1‘ bilden die Referenzquellen im Sinne der vorliegenden Anmeldung und die abgestrahlte THz-Strahlung 15, 16, das jeweils zugehörige Referenzsignal. Die THz-Emitter 1 , T umfassen einen handelsüblichen quarzstabilisierten Schmalbandsender, der jeweils eine Referenzfrequenz aus einem Frequenzbereich von 325 bis 500 GHz und einer Ausgangsleistung von etwa 0,1 mW liefert. Two THz emitters 1, 1' form the reference sources in the sense of the present application and the emitted THz radiation 15, 16, the respective associated reference signal. The THz emitters 1, T include a commercially available quartz-stabilized narrowband transmitter, each of which supplies a reference frequency from a frequency range of 325 to 500 GHz and an output power of approximately 0.1 mW.
Für die Stabilisierung der Differenzfrequenz und damit der ersten und der zweiten Modulationsfrequenz zwischen dem ersten Träger 9 und dem zweiten Träger 8 einerseits und dem ersten Träger 9 und dem dritten Träger 11 andererseits wird die durch paarweiseräumliche Überlagerung gewonnene amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung 5, 6 mit der THz-Strah- lung 15, 16 in jeweils einem ZnTe-Kristall 17, 18 für eine elektro-optische Abtastung überlagert. Jeweils zwei außeraxiale Parabolspiegel 19 fokussieren die THz-Strahlung 15, 16 in den Kristall 17, 18. Über eine geeignete Anordnung von polarisationsoptischen Elementen wird die Drehung der Polarisationsebene der amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung 5, 6 in Abhängigkeit vom elektrischen Feld der THz-Strahlung 15, 16 in eine Intensitätsänderung umgesetzt. Die Intensitätsänderung wiederum wird mit einem Photodetektor 20, 21 erfasst. To stabilize the difference frequency and thus the first and second modulation frequencies between the first carrier 9 and the second carrier 8 on the one hand and the first carrier 9 and the third carrier 11 on the other hand, the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 obtained by pairwise spatial superposition is used with the THz Radiation 15, 16 is superimposed in a ZnTe crystal 17, 18 for electro-optical scanning. Two off-axis parabolic mirrors 19 each focus the THz radiation 15, 16 into the crystal 17, 18. The rotation of the polarization plane of the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 is determined by a suitable arrangement of polarization-optical elements as a function of the electric field of the THz radiation 15, 16 translated into a change in intensity. The change in intensity is in turn detected with a photodetector 20, 21.
Das Signal 22, 23 der Photodetektoren 20, 21 ist mit der Differenzfrequenz zwischen der Modulationsfrequenz und der Referenzfrequenz moduliert. Jeweils ein Lasercontroller 4, 4‘ mischt das Signal 22, 23 eines Photodetektors mit einem mit einem 10-MHz-Offset-Signal 24 aus einem HF-Generator 25. Durch Abstimmung der ersten und zweiten Modulationsfrequenzen nahe an den Referenzfrequenzen können die Lasercontroller 4, 4‘ das resultierende Differenzsignal verwenden, jedes Paar von Lasern 2‘, 2 und 2‘, 2“ auf eine Modulationsfrequenz zu regeln, die gleich einer um das Offset-Signal 24 verschobenen Referenzfrequenz ist. The signal 22, 23 from the photodetectors 20, 21 is modulated with the difference frequency between the modulation frequency and the reference frequency. Each laser controller 4, 4' mixes the signal 22, 23 of a photodetector with a 10 MHz offset signal 24 from an HF generator 25. By tuning the first and second modulation frequencies close to the reference frequencies, the laser controllers 4, 4' can use the resulting difference signal to regulate each pair of lasers 2', 2 and 2', 2" to a modulation frequency that is equal to a reference frequency shifted by the offset signal 24.
Um einen möglichst großen maximale Modulationsfrequenz zu erhalten, ist der zweite Laser 2 gegenüber dem ersten Laser 2‘ in der Frequenz nach oben verschoben, während der dritte Laser 2“ gegenüber dem ersten Laser 2‘ nach unten verschoben ist. Betragen die Referenzfrequenz der ersten THz-Quelle 1 500 GHz und Referenzfrequenz der zweiten THz-Quelle 1 ‘ 600 GHz, so beträgt die Modulationsfrequenz der dritten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung 1 ,1 THz. In order to obtain the largest possible maximum modulation frequency, the second laser 2 is shifted upwards in frequency compared to the first laser 2', while the third laser 2" is shifted downwards compared to the first laser 2'. If the reference frequency of the first THz source is 1,500 GHz and the reference frequency of the second THz source is 1,600 GHz, the modulation frequency of the third amplitude-modulated continuous wave radiation is 1.1 THz.
Figur 4 zeigt eine alternative konkrete Realisierung der Ausführungsform aus Figur 2. Die Anordnung unterscheidet sich von der aus Figur 3 durch die Art und Weise wie die erste und die zweite Dauerstrichstrahlung erfasst werden und die Abweichungen zwischen der ersten Modulationsfrequenz und der ersten Referenzfrequenz sowie zwischen der zweiten Modulationsfrequenz und der zweiten Referenzfrequenz bestimmt werden. Nur dieser von Figur 3 abweichende Aspekt wird im Folgenden beschrieben. Figure 4 shows an alternative concrete implementation of the embodiment from Figure 2. The arrangement differs from that from Figure 3 in the way in which the first and second continuous wave radiation are detected and the deviations between the first modulation frequency and the first reference frequency and between the second modulation frequency and the second reference frequency are determined. Only this aspect that deviates from FIG. 3 is described below.
Zwei Lokaloszillatoren 26, 26‘ bilden in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Referenzquellen. Die von diesen generierten ersten und zweiten Lokaloszillatorsignale werden als erste und zweite Referenzsignale in jeweils einen Schottky-Mischer 27, 28 eingespeist. In this embodiment, two local oscillators 26, 26' form the first and second reference sources. The first and second local oscillator signals generated by these are fed into a Schottky mixer 27, 28 as first and second reference signals.
Für die Stabilisierung der Differenzfrequenz und damit der ersten und der zweiten Modulationsfrequenz zwischen dem ersten Träger 9 und dem zweiten Träger 8 einerseits und dem ersten Träger 9 und dem dritten Träger 11 andererseits wird die durch paarweiseräumliche Überlagerung gewonnene amplitudenmodulierte Dauerstrichstrahlung 5, 6 in jeweils einem photokonduktiven Photomischer 29, 30 in ein erstes bzw. ein zweites Messsignal 31 , 32 umgesetzt. Das erste Messsignal 31 weist eine erste Messsignalträgerfrequenz auf, die gleich der ersten Schwebungsfrequenz ist und das zweite Messsignal 32 weist eine zweite Messsignalträgerfrequenz auf, die gleich der zweiten Schwebungsfrequenz ist. To stabilize the difference frequency and thus the first and second modulation frequencies between the first carrier 9 and the second carrier 8 on the one hand and the first carrier 9 and the third carrier 11 on the other hand, the amplitude-modulated continuous wave radiation 5, 6 obtained by pairwise spatial superimposition is each in one photoconductive Photomixer 29, 30 converted into a first or a second measurement signal 31, 32. The first measurement signal 31 has a first measurement signal carrier frequency that is equal to the first beat frequency and the second measurement signal 32 has a second measurement signal carrier frequency that is equal to the second beat frequency.
Jeweils zwei außeraxiale Parabolspiegel 19 fokussieren das erste bzw. zweite Messsignal 31 , 32 auf den jeweiligen Schottky-Mischer 27, 28. In dem Schottky-Mischer wird das jeweilige Messignal mit dem Referenzsignal gemischt. In der gezeigten Ausführungsform ist das Referenzfrequenz die sechste Harmonische der Lokaloszillatorfrequenz des jeweiligen Lokaloszillators 26, 26*. Die sechste Harmonische des Lokaloszillatorsignals wird durch seine hohe Nichtlinearität in dem jeweiligen Schottky-Mischer 27, 28 aus dem Lokaloszillatorsignal geniert. Two off-axis parabolic mirrors 19 each focus the first and second measurement signals 31, 32 onto the respective Schottky mixer 27, 28. The respective measurement signal is mixed with the reference signal in the Schottky mixer. In the embodiment shown, the reference frequency is the sixth harmonic of the local oscillator frequency of the respective local oscillator 26, 26*. The sixth harmonic of the local oscillator signal is caused by its high Nonlinearity in the respective Schottky mixer 27, 28 is generated from the local oscillator signal.
Das Signal 22, 23 der Schottky-Mischer 27, 28 ist mit der Differenzfrequenz zwischen der Modulationsfrequenz und der Referenzfrequenz moduliert. Jeweils ein Lasercontroller 4, 4‘ mischt das Signal 22, 23 eines Schottky-Mischers 27, 28 mit einem mit einem 10-MHz-Offset- Signal 24 aus einem HF-Generator 25. Durch Abstimmung der ersten und zweiten Modulationsfrequenzen nahe an den Referenzfrequenzen können die Lasercontroller 4, 4‘ das resultierende Differenzsignal verwenden, um jedes Paar von Lasern 2‘, 2 und 2‘, 2“ auf eine Modulationsfrequenz zu regeln, die gleich einer um das Offset-Signal 24 verschobenen Referenzfrequenz ist. The signal 22, 23 from the Schottky mixers 27, 28 is modulated with the difference frequency between the modulation frequency and the reference frequency. Each laser controller 4, 4' mixes the signal 22, 23 of a Schottky mixer 27, 28 with a 10 MHz offset signal 24 from an HF generator 25. By tuning the first and second modulation frequencies close to the reference frequencies the laser controllers 4, 4' can use the resulting difference signal to regulate each pair of lasers 2', 2 and 2', 2" to a modulation frequency that is equal to a reference frequency shifted by the offset signal 24.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. For purposes of the original disclosure, it should be noted that all features as apparent to a person skilled in the art from the present description, drawings and claims, even if specifically described only in connection with certain other features, both individually and in Any combinations can be combined with other features or groups of features disclosed here, unless this has been expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or meaningless. The comprehensive, explicit presentation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, this illustration and description is given by way of example only and is not intended to limit the scope as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine“ oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht. Bezugszeichenliste Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, description and appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not preclude their combination Reference numerals in the claims are not intended to limit the scope of protection. Reference symbol list
1, T Referenzquelle 1, T reference source
2, 2‘, 2“ Laser 2, 2', 2" lasers
3, 3‘ Mischer 3, 3' mixer
4, 4‘ Laser-Regelungseinrichtung 4, 4' laser control device
5, 6, 7 amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung5, 6, 7 amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation
8, 9, 11 Träger 8, 9, 11 carriers
10 Vorrichtung 10 device
12, 13, 14 Strahlteiler 12, 13, 14 beam splitters
15 erstes Referenzsignal 15 first reference signal
16 zweites Referenzsignal 16 second reference signal
17, 18 ZnTe-Kristall 17, 18 ZnTe crystal
19 außeraxialer Parabolspiegel 19 off-axis parabolic mirror
20, 21 Photodetektor 20, 21 photodetector
22, 23 Signal von dem Photodetektor 22, 23 signal from the photodetector
24 Offset-Signal 24 offset signal
25 Offset-Signalquelle 25 offset signal source
26, 26* Lokaloszillator 26, 26* local oscillator
27 erster Schottky-Mischer 27 first Schottky mixer
28 zweiter Schottky-Mischer 28 second Schottky mixer
29 erster photokonduktiver Mischer 29 first photoconductive mixer
30 zweiter photokonduktiver Mischer 30 second photoconductive mixer
31 erstes Messsignal 31 first measurement signal
32 zweites Messsignal f_2, f_2‘, f_2“ Trägerfrequenzen 32 second measurement signal f_2, f_2', f_2" carrier frequencies
|f_2 - f_2‘| erste Modulationsfrequenz |f_2 - f_2‘| first modulation frequency
|f_2‘ - f_2“| zweite Modulationsfrequenz |f_2' - f_2"| second modulation frequency
|f_2 - f_2“| dritte Modulationsfrequenz |f_2 - f_2“| third modulation frequency

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist P a t e n t a n s p r ü c h e Method for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation, the method comprising the steps
Erzeugen eines ersten Referenzsignals mit einer ersten Referenzfrequenz, wobei die erste Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Generating a first reference signal with a first reference frequency, the first reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz,
Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Trägers mit einer ersten Trägerfrequenz, wobei die erste Trägerfrequenz aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist, Generating a first electromagnetic carrier with a first carrier frequency, the first carrier frequency being selected from a range of 30 THz to 860 THz,
Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Trägers mit einerzweiten Trägerfrequenz, wobei sich die zweite Trägerfrequenz um eine erste Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet, räumliches Überlagern des ersten Trägers und des zweiten Trägers, so dass eine sich ergebende erste Dauerstrichstrahlung mit der ersten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, Generating a second electromagnetic carrier with a second carrier frequency, the second carrier frequency differing from the first carrier frequency by a first modulation frequency, spatially superimposing the first carrier and the second carrier so that a resulting first continuous wave radiation is amplitude modulated with the first modulation frequency,
Erfassen eines Teils der ersten Dauerstrichstrahlung, Detecting a part of the first continuous wave radiation,
Bestimmen einer Abweichung der ersten Modulationsfrequenz von der ersten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset-Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, und Determining a deviation of the first modulation frequency from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, wherein the modified first reference frequency is equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and
Regeln der zweiten Trägerfrequenz, so dass die Abweichung minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweistRegulating the second carrier frequency so that the deviation is minimized, characterized in that the method further comprises the steps
Erzeugen eines zweiten Referenzsignals mit einer zweiten Referenzfrequenz, wobei die zweite Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Generating a second reference signal with a second reference frequency, the second reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz,
Erzeugen eines dritten Trägers mit einer dritten Trägerfrequenz, wobei sich die dritte Trägerfrequenz um eine zweite Modulationsfrequenz von der ersten Trägerfrequenz unterscheidet und wobei die dritte Trägerfrequenz von der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist, räumliches Überlagern des ersten Trägers und des dritten Trägers, so dass eine sich ergebende zweite Dauerstrichstrahlung mit der zweiten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist, Erfassen eines Teils der zweiten Dauerstrichstrahlung, Generating a third carrier with a third carrier frequency, wherein the third carrier frequency differs from the first carrier frequency by a second modulation frequency and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, spatially superimposing the first carrier and the third carrier, so that a resulting second continuous wave radiation is amplitude modulated with the second modulation frequency, Detecting a part of the second continuous wave radiation,
Bestimmen einer Abweichung der zweiten Modulationsfrequenz von der zweiten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten zweiten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte zweite Referenzfrequenz gleich der um eine zweite Offset-Frequenz verschobenen zweiten Referenzfrequenz ist, undDetermining a deviation of the second modulation frequency from the second reference frequency or from a modified second reference frequency, wherein the modified second reference frequency is equal to the second reference frequency shifted by a second offset frequency, and
Regeln der dritten Trägerfrequenz, so dass die Abweichung minimiert wird. Control the third carrier frequency so that the deviation is minimized.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Referenzfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Referenzfrequenz ist. 2. Method according to the preceding claim, wherein the second reference frequency is an integer multiple of the first reference frequency.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die zweite Referenzfrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der ersten Referenzfrequenz ist. 3. The method according to claim 1, wherein the second reference frequency is not an integer multiple of the first reference frequency.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist räumliches Überlagern des zweiten Trägers und des dritten Trägers, so dass eine sich ergebende dritte Dauerstrichstrahlung mit einer dritten Modulationsfrequenz amplitudenmoduliert ist. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method further comprises the step of spatially superimposing the second carrier and the third carrier so that a resulting third continuous wave radiation is amplitude modulated with a third modulation frequency.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the method further comprises the steps
Erzeugen von N-1 weiteren Referenzsignalen mit einer (N-1 )ten Referenzfrequenz, wobei N eine ganze Zahl ist, wobei die (N-1 )te Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, Generating N-1 further reference signals with a (N-1)th reference frequency, where N is an integer, the (N-1)th reference frequency being selected from a range of 10 MHz to 15 THz,
Erzeugen von N weiteren Trägern mit jeweils einer von N weiteren Trägerfrequenzen, wobei sich jede der N weiteren Trägerfrequenzen um eine aus N-1 weiteren Modulationsfrequenzen von einer der anderen Trägerfrequenzen unterscheidet und wobei jede der N weiteren Trägerfrequenzen aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist, räumliches Überlagern jedes der N weiteren Träger mit einem anderen Träger, so dass eine aus N weiteren sich ergebenden Dauerstrichstrahlungen mit einer aus den N-1 weiteren Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert ist, und für jede sich ergebende Dauerstrichstrahlung Erfassen eines Teils der sich ergebenden Dauerstrichstrahlung und Bestimmen einer Abweichung der jeweiligen Modulationsfrequenz von einer aus den N-1 weiteren Referenzfrequenzen oder von einer aus N- 1 modifizierten weiteren Referenzfrequenzen, wobei die modifizierte weitere Referenzfrequenz gleich der um eine von N-1 Offset-Frequenzen verschobenen Referenzfrequenz ist,, und Generating N additional carriers, each with one of N additional carrier frequencies, each of the N additional carrier frequencies differing from one of the other carrier frequencies by one of N-1 additional modulation frequencies and each of the N additional carrier frequencies from a range of 30 THz to 860 THz is selected, spatially superimposing each of the N further carriers with another carrier, so that one of N further resulting continuous wave radiations is amplitude modulated with one of the N-1 further modulation frequencies, and for each resulting continuous wave radiation Detecting a portion of the resulting continuous wave radiation and determining a deviation of the respective modulation frequency from one of the N-1 further reference frequencies or from one of N-1 modified further reference frequencies, the modified further reference frequency being equal to one of N-1 offset frequencies shifted reference frequency is,, and
Regeln jeder Trägerfrequenz aus den N weiteren Trägerfrequenzen, so dass die Abweichung minimiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Referenzsignal mit einem Netzwerkanalysator erzeugt wird, wobei aus der ersten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung in einem Mischer Hochfrequenzstrahlung mit einer ersten Hochfrequenz erzeugt wird, wobei die erste Hochfrequenz gleich der ersten Modulationsfrequenz ist und wobei die erste Hochfrequenzstrahlung in ein Messtor des Netzwerkanalysators eingespeist wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus der ersten amplitudenmodulierten Dauerstrichstrahlung in einem Mischer Hochfrequenzstrahlung mit einer ersten Hochfrequenz erzeugt wird und wobei die Hochfrequenzstrahlung als Lokaloszillatorsignal, in einem Spektrometer oder in einem bildgebenden System verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die erste Referenzfrequenz oder die zweite Referenzfrequenz oder die erste Offset-Frequenz oder die zweite Offset-Frequenz geändert wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest die erste Referenzfrequenz oder die zweite Referenzfrequenz oder die erste Offset-Frequenz oder die zweite Offset-Frequenz entweder linear gegenüber der Zeit geändert wird oder in diskreten Frequenzschritten geändert wird. Vorrichtung (10) zum Erzeugen von amplitudenmodulierter elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung (5, 6, 7) mit einer ersten Referenzquelle (1 ), wobei die erste Referenzquelle (1 ) derart ausgestaltet ist, dass sie in einem Betrieb der Vorrichtung (10) ein erstes Referenzsignal (15) mit einer ersten Referenzfrequenz erzeugt, wobei die erste Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz, einer ersten Trägerquelle (2‘), wobei die erste Trägerquelle (2‘) derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung (10) einen ersten elektromagnetischen Träger (9) mit einer ersten Trägerfrequenz (f_2‘) erzeugt, wobei die erste Trägerfrequenz (f_2‘) aus einem Bereich von 30 THz bis 860 THz ausgewählt ist und einer zweiten Trägerquelle (2), wobei die zweite Trägerquelle (2) derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung einen zweiten elektromagnetischen Träger (8) mit einer zweiten Trägerfrequenz (f_2) erzeugt, wobei sich die zweite Trägerfrequenz (f_2) um eine erste Modulationsfrequenz (|f_2 — f_2‘) von der ersten Trägerfrequenz (f_2‘) unterscheidet, einer ersten Überlagerungseinrichtung (14), wobei die ersten Überlagerungseinrichtung (14) derart ausgestaltet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung (10) mittels der ersten Überlagerungseinrichtung (14) der erste Träger (9) und der zweite Träger (8) räumlich überlagert werden, so dass eine sich ergebende erste Dauerstrichstrahlung (5) mit der ersten Modulationsfrequenz (|f_2 - f_2‘|) amplitudenmoduliert ist, einem Detektor (3), wobei der Detektor (3) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Detektor (3) in dem Betrieb der Vorrichtung einen Teil der ersten Dauerstrichstrahlung erfasst, einer Vergleichseinrichtung (3), wobei die Vergleichseinrichtung (3) derart eingerichtet ist, dass die Vergleichseinrichtung (3) in dem Betrieb der Vorrichtung (10) eine Abweichung der ersten Modulationsfrequenz ( |f_2 - f_2‘|) von der ersten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten ersten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte erste Referenzfrequenz gleich der um eine erste Offset- Frequenz verschobenen ersten Referenzfrequenz ist, bestimmt, und einer Regelungseinrichtung (4, 4‘), die derart ausgestaltet ist, dass die Regelungseinrichtung (4, 4‘) in dem Betrieb der Vorrichtung (10) die zweite Trägerquelle (2) derart regelt, dass die Abweichung minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vorrichtung (10) weiterhin aufweist eine dritte Trägerquelle (2“), wobei die dritte Trägerquelle (2“) derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung (10) einen dritte elektromagnetischen Träger (11 ) mit einer dritten Trägerfrequenz (f_2“) erzeugt, wobei sich die dritte Trägerfrequenz (f_2“) um eine zweite Modulationsfrequenz (|f_2‘ - f_2“|) von der ersten Trägerfrequenz (f_2‘) unterscheidet und wobei die dritte Trägerfrequenz von der zweiten Trägerfrequenz verschieden ist, eine zweite Überlagerungseinrichtung (13), wobei die zweite Überlagerungseinrichtung (13) derart ausgestaltet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung (10) mittels der zweiten Überlagerungseinrichtung (13) der erste Träger (9) und der dritte Träger (11 ) räumlich überlagert werden, so dass eine sich ergebende zweite Dauerstrichstrahlung (6) mit der zweiten Modulationsfrequenz (|f_2‘ - f_2“|) amplitudenmoduliert ist, einen Detektor (3‘), wobei der Detektor (3‘) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass der Detektor (3‘) in dem Betrieb der Vorrichtung (10) einen Teil der zweiten Dauerstrichstrahlung erfasst, eine Vergleichseinrichtung (3‘), wobei die Vergleichseinrichtung (3‘) derart eingerichtet ist, dass die Vergleichseinrichtung (3‘) in dem Betrieb der Vorrichtung (10) eine Abweichung der zweiten Modulationsfrequenz (|f_2‘ - f_2“|) von einer zweiten Referenzfrequenz oder von einer modifizierten zweiten Referenzfrequenz, wobei die modifizierte zweite Referenzfrequenz gleich der um eine zweite Offset-Frequenz verschobenen zweiten Referenzfrequenz ist, bestimmt, wobei die zweite Referenzfrequenz ausgewählt ist aus einem Bereich von 10 MHz bis 15 THz und wobei die Regelungseinrichtung (4‘) derart ausgestaltet ist, dass die Regelungseinrichtung (4‘) in dem Betrieb der Vorrichtung (10) die dritte Trägerquelle (2“) derart regelt, dass die Abweichung minimiert wird. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung eine zweite Referenzquelle (T) aufweist, wobei die zweite Referenzquelle (1’) derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Betrieb der Vorrichtung (10) das zweite Referenzsignal (16) mit der zweiten Referenzfrequenz erzeugt. Netzwerkanalysator mit einer Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 . Spektrumanalysator mit einer Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 . Regulating each carrier frequency from the N other carrier frequencies so that the deviation is minimized. Method according to one of the preceding claims, wherein the first reference signal is generated with a network analyzer, wherein high-frequency radiation with a first high frequency is generated from the first amplitude-modulated continuous wave radiation in a mixer, wherein the first high frequency is equal to the first modulation frequency and wherein the first high-frequency radiation is in a is fed into the measuring port of the network analyzer. Method according to one of the preceding claims, wherein high-frequency radiation with a first high frequency is generated from the first amplitude-modulated continuous wave radiation in a mixer and wherein the high-frequency radiation is used as a local oscillator signal, in a spectrometer or in an imaging system. Method according to one of the preceding claims, wherein at least the first reference frequency or the second reference frequency or the first offset frequency or the second offset frequency is changed. Method according to the preceding claim, wherein at least the first reference frequency or the second reference frequency or the first offset frequency or the second offset frequency is changed either linearly with respect to time or is changed in discrete frequency steps. Device (10) for generating amplitude-modulated electromagnetic continuous wave radiation (5, 6, 7) with a first reference source (1), the first reference source (1) being designed such that it generates a first reference signal (1) when the device (10) is in operation. 15) generated with a first reference frequency, wherein the first reference frequency is selected from a range of 10 MHz to 15 THz, a first carrier source (2'), wherein the first carrier source (2') is designed such that it provides a first electromagnetic carrier during operation of the device (10). (9) generated with a first carrier frequency (f_2'), the first carrier frequency (f_2') being selected from a range of 30 THz to 860 THz and a second carrier source (2), the second carrier source (2) being designed in this way that it generates a second electromagnetic carrier (8) with a second carrier frequency (f_2) during operation of the device, the second carrier frequency (f_2) being a first modulation frequency (|f_2 - f_2') from the first carrier frequency (f_2'). ). are spatially superimposed, so that a resulting first continuous wave radiation (5) is amplitude modulated with the first modulation frequency (|f_2 - f_2'|), a detector (3), the detector (3) being designed and arranged in such a way that the detector (3) detects part of the first continuous wave radiation during operation of the device, a comparison device (3), wherein the comparison device (3) is set up such that the comparison device (3) detects a deviation of the first modulation frequency during operation of the device (10). (|f_2 - f_2'|) from the first reference frequency or from a modified first reference frequency, the modified first reference frequency being equal to the first reference frequency shifted by a first offset frequency, and a control device (4, 4'), which is designed in such a way that the control device (4, 4 ') regulates the second carrier source (2) during operation of the device (10) in such a way that the deviation is minimized, characterized in that the device (10) further has a third Carrier source (2"), wherein the third carrier source (2") is designed such that it generates a third electromagnetic carrier (11) with a third carrier frequency (f_2") during operation of the device (10), the third carrier frequency being (f_2") differs from the first carrier frequency (f_2') by a second modulation frequency (|f_2' - f_2"|) and wherein the third carrier frequency is different from the second carrier frequency, a second superposition device (13), wherein the second superposition device (13) is designed such that when the device (10) is in operation by means of the second superposition device (13), the first carrier (9 ) and the third carrier (11) are spatially superimposed, so that a resulting second continuous wave radiation (6) is amplitude modulated with the second modulation frequency (|f_2' - f_2"|), a detector (3'), the detector (3 ') is designed and arranged in such a way that the detector (3') detects part of the second continuous wave radiation during operation of the device (10), a comparison device (3'), the comparison device (3') being set up in such a way that the Comparison device (3 ') in the operation of the device (10) a deviation of the second modulation frequency (|f_2' - f_2“|) from a second reference frequency or from a modified second reference frequency, the modified second reference frequency being equal to that by a second offset Frequency shifted second reference frequency is determined, wherein the second reference frequency is selected from a range of 10 MHz to 15 THz and wherein the control device (4 ') is designed such that the control device (4') in the operation of the device (10) regulates the third carrier source (2”) in such a way that the deviation is minimized. Device (10) according to the preceding claim, wherein the device has a second reference source (T), the second reference source (1 ') being designed such that, during operation of the device (10), it communicates the second reference signal (16) with the second reference frequency generated. Network analyzer with a device (10) according to claim 10 or 11. Spectrum analyzer with a device (10) according to claim 10 or 11.
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US7291839B1 (en) * 2004-05-03 2007-11-06 Emcore Corporation Subcentimeter radiation detection and frequency domain spectroscopy

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