Anhang A - Fakultät 06 - Hochschule München

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6. Zusammenfassung und Ausblick Seite 94 Weise die Frequenzstabilität der anderen, im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Methoden zur Stabilisierung zu quantifizieren. Zur Frequenzstabilisierung der Seedlaser auf eine FPI-Mode wurde die Frequenzmodulationstechnik gewählt. Neben der Frequenzmodulationstechnik wurde auch die Side-of-Fringe Technik zur Stabilisierung der Seedlaser auf die Absorptionslinie von CO2 angewandt. Bei der Wahl der Stabilisierungstechniken wurde insbesondere auf die Vermeidung des Einsatzes weiterer optischer Elemente im Aufbau geachtet. Die Frequenzstabilisierung der Seedlaser auf die Absorptionslinie sowie auf eine FPI-Mode erreichte dabei aufgrund der großen Halbwertsbeite der CO2-Absorptionslinie und Frequenzdrifts der FPI-Moden nicht die geforderte Langzeitfrequenzstabilität. Das beste Langzeitverhalten und die höchste Frequenzstabilität mit 286 kHz (RMS) wurden mit der Frequenzstabilisierung des DFB-Diodenlasers auf die Absorptionslinie (Side-of-Fringe) erreicht. Jedoch wies der auf die FPI-Resonanz stabilisierte Faserlaser mit Abstand die beste Kurzzeitfrequenzstabilität von 2,2 kHz bzw. 1,17∙10 -11 (AA, τ =1s) auf. Die Frequenzstabilität der mit Hilfe des FPI stabilisierten Seedlaser divergierte aufgrund von Frequenzdrifts der FPI-Resonanzen bei steigenden Messzeiten bis in den MHz-Bereich. Um die Frequenzdrift der FPI-Mode zu reduzieren und somit eine bessere Langzeitstabilität zu gewährleisten, wurde eine Frequenzstabilisierung der FPI-Moden auf eine CO2-Absorptionslinie entwickelt. Mit Hilfe einer im Rahmen dieser Arbeit programmierten digitalen Regelung wurden zur Frequenzstabilisierung die Position der FPI-Moden bezüglich der Absorptionslinie fixiert. Es wurden drei unterschiedliche Methoden untersucht, die aus einem Vergleich der FPI-Moden mit der Absorptionslinie ein Fehlersignal für den PI-Regler erzeugen. Dabei ergab sich, dass bei der Frequenzstabilisierung des Faserlasers auf eine FPI- Mode mit allen drei Methoden die geforderte Frequenzstabilität zum Teil deutlich unterschritten wurde. Als beste der untersuchten Methoden erwies sich die Balanced-Product-Methode mit einer Frequenzstabilität von 33 kHz (RMS) bzw. 14,9 kHz (AA, τ =1s). Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, dass es im Rahmen dieser Arbeit gelungen ist, eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Methode zur Frequenzstabilisierung eines Faserlasers zu realisieren. Die Stabilisierungsmethode und der Messaufbau sind dabei voraussichtlich für den Einsatz in einem Flugzeug-bzw. Satellitengetragenen Lidarsystem geeignet, jedoch muss noch das Verhalten des Messaufbaus unter Flugbedingungen überprüft werden. Ebenso besitzt der Messaufbau noch erhebliches Weiterentwicklungs- und Optimierungspotential.
6. Zusammenfassung und Ausblick Seite 95 6.2 Vorschläge zur Weiterentwicklung Die Größe und das Gewicht des Messaufbaus zur Frequenzstabilisierung des FPI ist für den Einsatz auf einem satellitengetragenen Lidarsystem ein erheblicher Kostenfaktor. Durch die Verwendung eines faseroptischen FPI und/oder eines Hollowcore-Lichtwellenleiters (HC-PCF 6 ) zur Gasdetektion kann das Gewicht und die Größe des Aufbaus erheblich verringert werden. Hollowcore-Lichtwellenleiter bestehen aus einem hohlen Kern, der von einer Wabenstruktur umgeben ist, wobei 99% des Laserlichtes durch den luftgefüllten Kern und die Waben geführt wird. Wird der Lichtwellenleiter mit einem Gas, wie z.B. CO2 gefüllt, kann dieser zur Absorptionsspektroskopie eingesetzt werden [27,28]. Abb.6.1: Mikroskopaufnahme eines HC-PCF Lichtwellenleiters im Querschnitt [27, S. 273]. Mit einem faseroptischen FPI kann nicht nur das Gewicht im Vergleich zum konfokalen FPI von 5000 g auf 300 g sondern auch die Empfindlichkeit des Aufbaus gegenüber Vibrationen deutlich reduziert werden. Das Verhalten des bisherigen Messaufbaus wurde auf mechanischen und akustischen Störung nicht eingehend untersucht. Jedoch wird davon ausgegangen, dass die Regelgeschwindigkeit zur Frequenzstabilisierung der FPI-Moden von einigen Hertz nicht ausreicht, um diese Störungen soweit zu kompensieren, dass die an den Faserlaser geforderte Kurzzeit-Frequenzstabilität nicht überschritten wird. Mit einer weiteren Methode zur Frequenzstabilisierung der FPI-Resonanzen, die ebenso aus einem Vergleich der (spektralen) Position einer FPI-Mode mit einer Absorptionslinie ein Fehlersignal erzeugt, könnte sich eine Regelgeschwindigkeit im kHz-Bereich einstellen. Dabei wird die Frequenz eines Faser- oder DFB-Laser auf eine dopplerfreie Absorptionslinie („Lamb-Dip“) von Acetylen (~1542 nm) mit Hilfe der Frequenzmodulationstechnik stabilisiert [37]. Über einen Vergleich der Frequenz des modulierten Lasers mit einer FPI-Mode bei 1542 nm wird mit 6 HC-PCF=HollowCore-Photonic Crystal-Fiber
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3 Charakterisierung der Seedlaser 3
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Seite 103: 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1
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Seite 113 und 114: B. Datenblätter Seite 103 Abb. B.2
Seite 115 und 116: B. Datenblätter Seite 105 Abb. B.4
Seite 117 und 118: B. Datenblätter Seite 107 B.3 Date
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Seite 121 und 122: Abbildungsverzeichnis Seite 111 Abb
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