Laserfrequenz

Laserfrequenz bezeichnet die Frequenz des elektromagnetischen Strahlungsfelds, das von einem Laser erzeugt wird. Sie entspricht der Frequenz der Photonen im Laserlicht und liegt typischerweise im Bereich von Hunderten Terahertz, abhängig von der Wellenlänge des Lichts (vom sichtbaren Spektrum bis in den nahen Infrarotbereich). Die genaue Frequenz wird durch Aufbau und Betriebsart des Lasers bestimmt.

Die Frequenz wird vor allem durch die resonatorischen Bedingungen der Laserresonanz bestimmt. In einem optischen Resonator legen die longitudinalen Moden die möglichen Frequenzen fest; der aktive Lasermedium verstärkt Photonen bei diesen Frequenzen. Viele Laser arbeiten im Einzelmodus, sodass eine zentrale Frequenz mit sehr schmaler spektraler Breite entsteht. Die Linienbreite kann je nach Aufbau von einigen Hertz bis zu mehreren Megahertz reichen; bei stabilisierten Systemen ist oft eine deutlich engere Form erreichbar.

Bei gepulsten oder mode-locked Lasern existiert zusätzlich die Pulswiederholfrequenz, die dem Umkehrwert der Pulsdauer entspricht. Diese Frequenz bestimmt den Abstand der Spektrallinien im Frequenzspektrum, während die optische Trägerfrequenz die zentrale Frequenz des Signals festlegt.

Messung und Stabilisierung: Die Laserfrequenz wird oft durch Beat-Messungen gegen eine Referenzlaser oder über Frequenzkämme bestimmt. Zur Stabilisierung kommen Temperatur- und Längenkontrollen des Resonators, Piezoaktoren zur Feinanpassung der Kavität, aktive Feedback-Schleifen und gegebenenfalls Referenzquellen wie Atom- oder Molekülresonanzen zum Einsatz.

Anwendungen finden sich in der Präzisionsspektroskopie, der Metrologie, der Quantenoptik, der Telekommunikation, der Lidar-Technik und der Spektroskopie. Durch stabile Frequenzen lassen sich Messungen mit hoher Genauigkeit durchführen, und Frequenzkämme ermöglichen den direkten Vergleich unterschiedlicher Laserquellen über große Bereiche hinweg.