Frequenzstabilisierung

Frequenzstabilisierung bezeichnet Verfahren, die die Frequenz eines Oszillators oder einer Lichtquelle gegen Störungen aus Umgebung, Alterung und Rauschen konstant halten. Ziel ist es, Abweichungen zu erkennen und durch Rückführung in einen Regelkreis zu kompensieren, sodass Zeit- und Frequenzmessungen reproduzierbar bleiben.

Eine zentrale Technik ist der Phasenregelkreis (Phase-Locked Loop, PLL). Dabei wird die Phase oder Frequenz des zu regelnden Signals mit einer stabilen Referenz verglichen, ein Fehlersignal erzeugt und ein Regler verändert die Oszillatorfrequenz, um Abweichungen zu minimieren. PLLs sind weit verbreitet in Quarzuhren, Funkempfängern und Messsystemen. Zusätzlich helfen stabile Referenzquellen wie Quarz-, MEMS- oder atomare Referenzen (z. B. Cäsium- oder Rubidium-Quellen) sowie optische Referenzen mit sehr geringer Drift. Temperatur- und Spannungsstabilisierung verringert Drift und Rauschen und ergänzt elektronische Regelkreise.

In der Lasertechnik erfolgt die Frequenzstabilisierung oft durch Kopplung an eine Referenzresonator (Fabry-Pérot-Cavity) oder an einen atomaren Übergang. Die Pound-Drever-Hall-Technik ist eine verbreitete Methode, Laserfrequenzen an Cavities zu stabilisieren. Für Langzeitstabilität werden auch frequenzdisziplinierte optische Referenzen genutzt, um Netzwerkroutinen oder Messinstrumente zu koordinieren.

Die Stabilität wird durch Kenngrößen wie die Allan-Abweichung gemessen; Rauschquellen, mechanische Kopplung und Umweltbedingungen bestimmen das Verhalten. Anwendungen finden sich in Präzisionsuhren, Satellitennavigation, Telekommunikation, Spektroskopie und Grundlagenforschung, wo eine konstante Frequenz entscheidend ist.