Frequenzkammsystem Referenznummer der Bekanntmachung: 2022-TUK-0324
Vorinformation
Diese Bekanntmachung dient nur der Vorinformation
Lieferauftrag
Abschnitt I: Öffentlicher Auftraggeber
Postanschrift:[gelöscht]
Ort: Kaiserslautern
NUTS-Code: DEB32 Kaiserslautern, Kreisfreie Stadt
Postleitzahl: 67663
Land: Deutschland
Kontaktstelle(n):[gelöscht]
E-Mail: [gelöscht]
Telefon: [gelöscht]
Fax: [gelöscht]
Internet-Adresse(n):
Hauptadresse: www.uni-kl.de
Abschnitt II: Gegenstand
Frequenzkammsystem
Freiwillige Ex-Ante Bekanntmachung über geplanten Kauf eines neuen Frequenzkammsystems für Lasersysteme inkl. Lieferung, Installation, Training
Technische Universität Kaiserslautern Gottlieb-Daimler-Straße, Geb. 76 LASE 67663 Kaiserslautern
Die TU Kaiserslautern (TUK) beabsichtigt den Kauf eines Frequenzkammsystems am 14.02.2022 bei Firma Menlo Systems GmbH in 82152 Martinsried.
Der Frequenzkamm wird für das BMBF Projekt Rymax One benötigt.
Bei der TUK wird ein großer Teil der Hardware entwickelt und aufgebaut, die fast ausschließlich auf modernsten kommerziellen Lasersystemen basiert. Durch die geplante Verwendung des Elements Ytterbium sind die Wellenlängen der Lasersysteme festgelegt. Die verschiedenen Lasersysteme müssen auf einen Frequenzkamm stabilisiert werden, nur so ist die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems möglich. Das Element Ytterbium besitzt sehr
langlebige angeregte Uhrenzustände, die in dem Forschungsprojekt zur Realisierung der Qubits ausgenutzt werden sollen. Daraus ergeben stringente Anforderungen an die Genauigkeit des
Frequenzkamms. Durch die lange Projektlaufzeit von 5 Jahren ergeben sich auch Anforderungen Kompatibilität mit zukünftigen Entwicklungen.
Insgesamt müssen wegen des komplexen Anregungsschemas bis zu 13 Laser auf den Frequenzkamm stabilisiert werden. Diese ungewöhnlich hohe Zahl an gleichzeitig zu stabilisierenden Lasern zieht ebenfalls spezielle Anforderungen an die Flexibilität des
Frequenzkamms nach sich.
Anforderungen und Spezifikationen des Frequenzkamms:
A) Liste der Laserfrequenzen, die auf den Frequenzkamm stabilisiert werden müssen und erforderliche Genauigkeit.
Kühllaser 1 - Laserwellenlänge 797,82 nm
Kühllaser 2 - Laserwellenlänge 1111,6 nm < 10 kHz - erforderliche Genauigkeit: < 10 kHz
Uhrenlaser Fundamentale - Laserwellenlänge 1156 nm - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Uhrenlaser Frequenzverdoppelt - Laserwellenlänge 578 nm - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Tweezerlaser - Laserwellenlänge 759 nm - erforderliche Genauigkeit: < 100 kHz
Rückpumplaser - Laserwellenlänge 1388,8 nm - erforderliche Genauigkeit: < 100 kHz
Ramanlaser 1 - Laserwellenlänge 770 nm - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Ramanalser 2a - Laserwellenlänge 649 nm - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Ramanlaser 2b - Laserwellenlänge 1560 nm - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Rydberglaser 301 nm - Laserwellenlänge 1206 nm +/- 5 nm - erforderliche Genauigkeit: < 100 Hz
Rydberglaser 308 nm - Laserwellenlänge 1234 nm +/- 5 nm - erforderliche Genauigkeit: < 100 Hz
Quenchlaser - Laserwellenlänge 1285 nm - erforderliche Genauigkeit: < 100 kHz
Erweiterungsport: Laserwellenlänge flexibel, 4 Ausgänge - erforderliche Genauigkeit: < 1 Hz
Neben den 12 bereits jetzt schon festliegenden Frequenzen muss der Frequenzkamm noch
mindestens einen weiteren Port für zukünftige Erweiterungen frei haben. Diese sollen von der
Wellenlänge her frei konfigurierbar sein und eine Stabilität von unter einem Hertz erreichen.
Der Erweiterungsport soll in der Lage sein, bis zu 4 Laserfrequenzen zu stabilisieren. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass mindestens 6 Ausgänge des Frequenzkamms eine Genauigkeit von besser als 1 Hz erreichen müssen. Der Frequenzkamm muss daher zwingend
eine optische Referenz enthalten, deren spektrale Reinheit auf alle Ausgänge übertragen wird.
B) Gleichzeitige Stabilisierung aller Laserfrequenzen: Die oben aufgeführten 12 bzw. später bis zu 16 Laserfrequenzen müssen alle gleichzeitig auf den Frequenzkamm stabilisiert werden können. Dabei muss darauf geachtet werden, dass alle Laserfrequenzen mindestens 3 MHz Abstand sowohl von dem Frequenzkammzinken wie auch von der Mittenfrequenz zwischen zwei Zinken haben, da nur so eine funktionierende Stabilisierung möglich ist.
C) Verstimmbarkeit der Lockpunkte der Laser: Die Ramanlaser und die Rydberglaser aus der obigen Liste müssen in einem möglichst großen Frequenzbereich verstimmbar sein, um spektroskopische Untersuchungen durchführen zu können.
D) Zukünftige Verbesserung der Genauigkeit des Frequenzkamms: Die Stabilität des Frequenzkamms soll nicht intrinsisch limitiert sein.
Für den Fall, dass eine verbesserte optische Referenz am Markt erhältlich ist, soll deren Stabilität auf den Frequenzkamm übertragbar sein. Dazu muss gezeigt werden, dass die erforderliche Stabilität auch weit entfernt von dem Lockpunkt erreicht werden kann.
E) Weitere Anforderungen und Spezifikationen:
- Der Frequenzkamm muss Rack-basiert aufgebaut sein.
- Die Stabilität muss besser sein als 1 x 10 hoch-17 in 1s
- Das Phasenrauschen muss weniger als 100 mrad in einem Frequenzbereich von 1 Hz - 2 MHz sein
- Der Frequenzkamm muss vollständig fernbedienbar sein
- Freier Spektralbereich von 250 MHz um die Schwebungsfrequenzen zu maximieren
Abschnitt IV: Verfahren
Abschnitt VI: Weitere Angaben
Begründung für die geplante Beschaffung des Frequenzkamms bei Menlo Systems
Zu A), B), C) und E) Die gleichzeitige Stabilisierung von 12 bzw. 16 Laserfrequenzen auf den Frequenzkamm stellt eine große Herausforderung an die genaue Lage der Frequenzkammzinken dar. Es muss gewährleistet sein, dass alle Schwebungsfrequenzen
gleichzeitig in einem stabilisierbaren Bereich liegen (siehe Erläuterungen oben). Gleichzeitig gibt es nach (C) die Anforderung, dass manche der Laser verstimmbar gelockt sein müssen.
Die benachbarten Kammzinken müssen daher einen größtmöglichen Abstand voneinander haben. Diese Anforderungen für alle 12 bzw. 16 Laserfrequenzen zu erreichen erfordert zwingend, sowohl die CEO Frequenz des Frequenzkamms wie auch die Repetitionsrate
einstellen zu können. Dadurch können die Frequenzkammzinken sowohl verschoben als auch gestreckt oder gestaucht werden. Nur der Frequenzkamm von Menlo Systems besitzt eine einstellbare CEO Frequenz und eine um bis zu 4 MHz verstimmbare Repetitionsfrequenz, was durch einen motorisierten Spiegel im Laserresonantor erreicht wird. Mit 250 MHz freier Spektralbereich besitzt Menlo Systems außerdem den größten freien Spektralbereich am Markt. Dadurch kann die Anforderung an die Verstimmbarkeit maximiert werden. Die Kombination aus größerem freien Spektralbereich und verstimmbaren CEO und Repetitionsfrequenzen ermöglichen es dadurch, dass die erforderliche Zahl an Lasern auf den Frequenzkamm sinnvoll stabilisiert werden kann.
Zu A), D) und E) Menlo Systems bietet als einziger Hersteller Frequenzkämme mit eingebauter optischer Referenz an. Dadurch bietet der Frequenzkamm von Menlo Systems eine garantierte und spezifizierte Stabilität von besser als 1 Hz auf allen Ports an. Dabei konnte für den Frequenzkamm von Menlo Systems gezeigt werden, dass die Stabilität des optischen Referenzoszillators auf den gesamten Frequenzkamm übertragen werden konnte [Oelker et
al., Nat Photonics 13, 714 (2019)]. Das heißt, nicht nur in der Nähe des Lockpunktes der optischen Referenz besitzt der Frequenzkamm eine entsprechende Genauigkeit sondern auch mehrere hundert Nanometer davon entfernt. Die Genauigkeit des Frequenzkamms von Menlo Systems liegt unter 1 x 10 hoch-17 in 1s. Die aktuell höchste Stabilität in einem Cavity-stabilisierten Laser liegt heute bei 4e-17 in 1 s [Matei et al., Phys. Rev. Lett. 118, 263202 (2017)]. Damit ist der Frequenzkamm stabiler also die beste optische Referenz. Weitere zukünftige Verbesserungen können daher direkt auf den Frequenzkamm übertragen werden.
Die übrigen Anforderungen von (E) werden ebenfalls von Menlo Systems erfüllt.
Bekanntmachungs-ID: CXP4YEWRZP8