The characterization of modern jet engines or stationary gas turbines running with lean combustion by means of swirl-stabilized ames necessitates seedingless optical field measurements of the ame transfer function, i.e. the ratio of the uctuating heat release rate inside the ame volume, the instationary ow velocity at the combustor outlet and the time average of both quantities. For this reason, a high-speed camera-based laser interferometric vibrometer is proposed for spatio-temporally resolved measurements of the ame transfer function inside a swirl-stabilized technically premixed ame. Each pixel provides line-of-sight measurements of the heat release rate due to the linear coupling to uctuations of the refractive index along the laser beam, which are based on density uctuations inside the ame volume. Additionally, field measurements of the instationary ow velocity are possible due to correlation of simultaneously measured pixel signals and the known distance between the measurement positions. Thus, the new system enables the spatially resolved detection of the ame transfer function and instationary ow behavior with a single measurement for the first time. The presented setup offers single pixel resolution with measurement rates up to 40 kHz at an maximum image resolution of 256 px x 128 px. Based on a comparison with reference measurements using a standard pointwise laser interferometric vibrometer, the new system is validated and a discussion of the measurement uncertainty is presented. Finally, the measurement of refractive index uctuations inside a ame volume is demonstrated.

Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines zielgruppenübergreifenden Buch-Konzeptes im Open-Source-Gedanken und die kritische Diskussion der Vor- und Nachteile des Konzeptes. Den Ausgangszustand dieser Arbeit bilden drei zielgruppenspezifische Konzepte (Maker-Konzept, schulisches Konzept, wirtschaftliches Konzept), die kritisch bewertet werden. Sowohl das Maker-Konzept als auch das schulische und das wirtschaftliche Konzept weisen Stärken und Schwächen auf. Die besondere Neuerung und ein Hauptpunkt des Konzeptes ist die Verwendung von LEGO®-Bausteinen für den Aufbau eines Michelson-Interferometers. Das Interferometer erweist sich dadurch als geeignetes Experiment zur Nachwuchsförderung im Bereich der Optik und Photonik. Die positiven Resultate hinsichtlich der Nachwuchsförderung werden zusätzlich durch den Einsatz von Open-Source-Ansätzen, wie z. B. das Veröffentlichen von Bau- und Justageanleitungen, verstärkt. Schwächen offenbart die Divergenz der Konzepte. Es werden unterschiedliche Aufbauten des Michelson-Interferometers verwendet und an verschiedene Zielgruppen adressiert. Ein Lösungsansatz zur Zusammenführung der verschiedenen Konzepte und Zielgruppen ist das zielgruppenübergreifende Buch-Konzept. Unter Beachtung des Open-Source-Gedanken und der verschiedenen Zielgruppen wird im Rahmen dieser Arbeit ein Buch konzipiert, welches die Lösung der Forschungsfrage darstellen soll: „Ist es möglich, ein Konzept zu entwickeln, welches mehrere Zielgruppen anspricht und gleichzeitig dem Open-Source-Gedanken folgt?“ Hierfür wird der Aufbau des Michelson-Interferometers dahingehend geändert, dass er den Ansprüchen mehrerer Zielgruppen genügt und zudem durch die einheitliche Verwendung von LEGO®-Bausteinen eine einfache Aufbauweise besitzt. Darüber hinaus wird das Buch-Konzept mit einem didaktischen Grundkonzept zur Bild- und Textgestaltung versehen, um eine verständliche, strukturierte und gleichzeitig anschauliche Schritt-für-Schritt-Anleitung zu garantieren. Um ein möglichst positives Resultat im Sinne der Forschungsfrage und dadurch auch einen größtmöglichen Erfolg des Buch-Konzeptes zu gewährleisten, wird das Buch-Konzept in dieser Arbeit selbstkritisch reflektiert, sodass wissenschaftlich begründet geschlossen werden darf: Das Buch trägt zur Nachwuchsgewinnung und –förderung im Bereich der Optik und Photonik bei und wird der Förderidee der zu Grunde liegenden Förderungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gerecht.

In vorliegender Arbeit werden Aufbau und Charakterisierung des beidseitig antastenden Interferometers vorgestellt, mit dem die absolute Länge prismatischer Körper ohne Anschub an eine Referenzplatte gemessen werden kann, was Verformungen durch Wechselwirkungen von Endmaßen mit angeschobenen Platten verhindern kann. Die Messunsicherheit im Vergleich zum Prototypen konnte aufgrund eines verbesserten Temperaturmesssystems, eines temperaturstabilisierten Vakuumkessels, Optiken mit besserer Ebenheit und Kameras größerer Auflösung deutlich reduziert werden. Das entwickelte Justageverfahren mit Autokollimationsscan und die Korrektur von Wellenfrontaberrationen tragen ebenso zu einer reduzierten Messunsicherheit bei, wie der durch optimale Ausrichtung der keilförmigen Strahlteilerplatten reduzierte Einfluss von Störinterferenzen. Vergleichsmessungen eines Stahl- und eines Filterglasendmaßes mit einseitig antastenden Interferometern zeigten mit Differenzen im Bereich von 0,4 bis 2,6 nm im Rahmen der Unsicherheiten konsistente Probenlängen, was die gute Eignung des beidseitig antastenden Interferometers für absolute Längenmessungen zeigt. Vergleichsmessungen an Silizium ergaben für die beidseitig antastend gemessenen Längen gegenüber im einseitig antastenden Interferometer gemessenen Längen deutlich geringere Werte und eine reproduzierbare Differenz zwischen den mit 532 und 633 nm gemessenen Längen von etwa 4 nm. Diese Effekte sind vermutlich auf die sich beim beidseitig antastenden Verfahren deutlich stärker auswirkenden Material- und Oberflächeneigenschaften zurückzuführen. Das volle Potential des beidseitig antastenden Interferometers entfaltet sich aufgrund des großen Messunsicherheitsbeitrages der Rauheit und des Phasensprungs bei der Reflexion vor allem bei der Messung von Längenänderungen, wie der thermischen Ausdehnung oder der Langzeitstabilität verschiedener Materialien, für die die Effekte der Rauheit und des Phasensprungs eine vernachlässigbare Rolle spielen. / The present thesis adresses the setup and characterization of PTB´s double-ended interferometer, which allows for absolute length measurement of prismatic bodies without the need for wringing to a platen, which prevents deformation caused by their interaction. In comparison with PTB´s prototype, the measurement uncertainty has been substantially reduced due to an improved temperature measurement system, a temperature stabilized vacuum chamber, optics of better flatness and cameras with higher resolution. Further reduction of the measurement uncertainty has been achieved by the developed adjustment procedure including an autocollimation scanning and a correction of the influence of wavefront aberrations. Multiple configurations of orientation of the beamsplitter plate wedges were tested to minimize the influence of parasitic interferences. Comparison measurements against single-ended interferometers on a steel and a filter glas gauge block resulted in deviations of the measured length in the range of 0.4 to 2.6 nm, which is in good agreement with measurement uncertainties. This proves the capability of absolute length measurement of the double-ended interferometer. Comparison measurements on silicon gauge blocks resulted in significantly shorter lengths than those measured in single-ended interferometers with a reproducible length difference of 4 nm for the different used wavelengths of 532 and 633nm. Those effects are presumably based on material and surface characteristics which seem to have a much stronger impact on the measured length when the sample is not wrung to a platen. Due to the large contribution of the roughness and the phase change on reflection to the measurement uncertainty, the full potential of the double ended interferometer will unfold for measurements on lengths changes, like measurement of the thermal expansion or long term stability of different materials, for which the influence of the roughness and phase change on reflection can be neglected.

Die einzigartige (bio)-chemische Spezifität der mittleren Infrarotmikroskopie birgt ein enormes Potential für eine breite Palette biomedizinischer und industrieller Anwendungen. Eine wesentliche Einschränkung ergibt sich jedoch durch die unzureichenden Detektionsmöglichkeiten in diesem Wellenlängenbereich, da derzeitige Mittelinfrarot-Detektoren meist durch geringere Leistungsfähigkeit bei deutlich höheren Anschaffungskosten gekennzeichnet sind. Dementsprechend verlagern neuentwickelte Technologien mitunter die Detektion in den sichtbaren Spektralbereich, in dem eine weitaus bessere, Silizium-basierte Kameratechnologie verfügbar ist. Ein solches Verfahren, das im Mittelpunkt dieser Arbeit steht, ist die Quantenbildgebung mit undetektiereten Photonen, welche sich zunehmend als leistungsfähiges Werkzeug für Infrarot-Bildgebung entwickelt. Der optische Aufbau basiert auf nichtlinearer Interferometrie bei der räumlich verschränkte, nicht-entartete Photonenpaare die Entkopplung der Analyse- und Detektionswellenlängen ermöglicht. Entsprechend wird die Bildgebung im mittleren Infrarotbereich durch die Detektion von Nahinfrarotlicht mit einer handelsüblichen CMOS-Kamera realisiert. In dieser Arbeit wird die beschriebene Methode auf die Mikroskopie übertragen, wodurch Abbildungen biologischer Gewebeproben im mittleren Infrarotbereich mit einer Auflösung von geringer als 10 Mikrometer angefertigt werden können. Darüber hinaus werden zwei Abbildungsregime untersucht, die auf den komplementären Impuls- und Positionskorrelationen der Photonenpaare basieren. Weiterführende Möglichkeiten der Kombination von Quanten-Bildgebung mit unentdeckten Photonen und FTIR-Spektroskopie zum Zwecke der räumlich-spektral kontinuierlichen Datenerfassung werden besprochen. Die vorgestellten Ergebnisse stellen die Entwicklungsfähigkeit der Quantenbildgebung mit unentdeckten Photonen unter Beweis und demonstrieren ihr Potential für praxisnahe Anwendungen in der Biomedizin und der Industrie. / The unique (bio)-chemical specificity of mid-infrared (IR) microscopy holds tremendous promise for a wide range of biomedical and industrial applications. Significant limitation, however, arises from poor detection capabilities in this wavelengths range, with current mid-IR detection technology often marrying inferior technical capabilities with prohibitive costs. Accordingly, emerging approaches shift detection into the visible regime, where vastly superior silicon-based camera technology is available. One such technique, and the one that is in the center of this thesis is quantum imaging with undetected photons (QIUP), which has recently emerged as a new powerful imaging tool. The optical layout is based on nonlinear interferometry, where spatially entangled non-degenerate photon pairs enable the decoupling of the sensing and detection wavelengths, facilitating mid-IR wide-field imaging through the detection of near-IR light with an off-the-shelf CMOS camera. Additionally, the method is expanded towards microscopy, attaining sub-10 μm resolution, demonstrating our technique is fit for purpose, acquiring microscopic images of biological tissue samples in the mid-IR. Additionally, two imaging regimes are explored, based on the complementary momentum and position correlations. A comparison between the two regimes is presented and some limitations of the technique are discussed. Further efforts of combining QIUP with Fourier Transform IR spectroscopy for spatio-spectral continuous data acquisition are reviewed. The presented results demonstrate the achieved progress towards advancing QIUP to enable real-world biomedical as well as industrial imaging applications.

La métrologie industrielle est l'un des enjeux actuels de tous les secteurs d'activité qui nécessitent de réaliser un contrôle dimensionnel précis de produits afin de garantir des spécificités conformes aux normes et de tendre vers une qualité ``zéro défaut''. Les systèmes actuels utilisés s'appuient sur des technologies fondées sur la stéréométrie, la photogrammétrie, la projection de lumière structurée, la triangulation active ou le temps de vol. En général non polyvalents, encombrants, fragiles et ne pouvant s'adapter à des environnements hostiles, ces systèmes souffrent d'une limitation géométrique en raison de l'existence d'un angle mort dans lequel aucune mesure ne peut être réalisée.<br /><br />Dans cette thèse, nous proposons un nouveau capteur, le scanner conoscopique, capable d'effectuer des mesures dans les domaines macroscopiques et microscopiques, fonctionnant dans n'importe quel environnement, même hostile, très compact et utilisant de la lumière spatialement incohérente.<br /><br />Exploitant le principe de la conoscopie et donc des propriétés de biréfringence des cristaux, le scanner conoscopique est composé d'une caméra à couplage de charges (CCD), d'un système conoscopique et d'une unité de traitement de l'information. A partir des spécifications de ses performances en terme de précision au millième de millimètre sur les mesures 3D, nous avons été conduit à analyser et caractériser chaque élément de la chaîne de mesure dont la calibration est l'étape fondamentale.<br /><br />Nous avons tout d'abord développé une technique de calibration de la caméra à couplage de charges (CCD) à partir d'un modèle sténopé qui combine les paramètres intrinsèques et extrinsèques et exploitant les points d'amers. Nous avons abouti à une précision de 1.5% du champ d'analyse. Ensuite, nous avons proposé deux méthodes de calibration du système conoscopique, l'une analytique par calcul direct de la phase et exploitant les équations de l'optique et de la biréfringence des cristaux, l'autre expérimentale par dénombrement des franges d'interférence et s'appuyant sur la connaissance d'abaques incluant la variation de température, d'éclairement, la nature des matériaux et intégrant une modélisation globale du bruit d'acquisition. La validation expérimentale réalisée d'une part sur des profils géométriques simples (créneaux, escaliers...) et d'autre part sur des objets 3D réels a permis d'établir que la précision de mesure est de 1.5% du champ d'analyse.<br /><br />Ayant établi la faisabilité technologique de la calibration du système qui permet de garantir les spécifications souhaitées, nous nous sommes plus particulièrement interessé à deux configurations du scanner conoscopique : fixe et à balayage, dont nous avons analysé les performances sur des objets diffusifs pour des formes et des matériaux différents. Nous avons établi que la précision des mesures est de l'ordre du millième du champ de mesure.<br /><br />L'ensemble des contributions de cette thèse est intégré au système actuellement développé qui est par ailleurs commercialisé et utilisé dans des applications industrielles et médicales.

Dizertační práce se zabývá mechanismy mazání v náhradách kyčelního kloubu. Byla provedena systematická studie formování proteinového filmu při zahrnutí různých materiálů a provozních podmínek. Hlavní pozornost je přitom věnována roli jednotlivých proteinů obsažených v synoviální kapalině při současné přítomnosti dalších proteinů. Jelikož metody aplikované v předchozích studiích neumožňovaly separovat jednotlivé složky maziva, byla vyvinuta optická měřící metoda na principu fluorescenční mikroskopie. Z důvodu verifikace metody byly provedeny dvě nezávislé studie zaměřené na měření tloušťky mazacího filmu a dělení maziva na výstupu mazaného kontaktu. Z důvodu určitých limitací fluorescenční mikroskopie byla dále využita i metoda optické interferometrie, jejíž využití je ilustrováno ve studii zabývající se formováním mazacího filmu v náhradách kyčelního klubu při uvažování reálné konformity třecích povrchů. Závěrečná část práce představuje nový metodologický přístup založený na in situ pozorování kontaktní oblasti umožňující popsat roli jednotlivých proteinů ve vztahu k vývoji tloušťky mazacího filmu. Práce obsahuje originální výsledky, které přináší nové poznání v oblasti biotribologie náhrad kyčelního kloubu vedoucí k dalšímu vývoji implantátů při snaze zabránit jejich selhání v důsledku omezené životnosti.

Coherence-Controlled Holographic Microscope (CCHM) and a Fluorescence Holographic Microscope (FHM) were developed particularly for quantitative phase imaging and measurement of live cell dynamics, which used to be a subject of digital holographic microscopy (DHM). CCHM and FHM in low-coherence mode extend capabilities of DHM in the study of living cells. However, this advantage following from the use of low coherence is accompanied by increased sensitivity of the system to its correct alignment. Therefore, the introduction of an automatic self-correcting system is inevitable. Accordingly, in the thesis, the theory of a suitable control system is derived and the design of an automated alignment system for both microscopes is proposed and experimentally proved. The holographic signal was identified as a significant variable for guiding the alignment procedures. On this basis the original basic realignment algorithms were proposed, which encompasses the processes for initial and advanced alignment as well as for long-term maintenance of the microscope aligned state. Automated procedures were implemented in both microscopes unique set of robotic mechanisms designed and built within the frame of the thesis work. All of the procedures described in the thesis were in real experimentally proved at real microscopes in the experimental biophotonics laboratory. In addition, the control software, which contains the needed automated procedures, was developed for FHM.

In dieser Arbeit wird die digital-holographisch-interferometrische Zwei-Wellenlängen-Formerfassung sehr schnell bewegter Objekte behandelt und dafür unter Nutzung einer Ultrakurzpuls-Laserquelle mit der digitalen Einzelimpuls-Mehr-Wellenlängen-Holographie ein neuartigen Ansatz der digital-holographischen Aufnahme und Auswertung entwickelt. Mit der Entwicklung spezieller Methoden zur Formung der spektralen Signatur einer Ultrakurzpuls-Laserquelle hoher Leistungsdichte wurde zum ersten Mal die Voraussetzung für eine Zwei-Wellenlängen-Formerfassung hochdynamischer Objekte geschaffen. Die intrinsisch kurze Belichtungszeit unter einer Pikosekunde macht das Verfahren absolut stabil gegenüber Umwelteinflüssen. Für die simultane Aufnahme werden die spektral verschiedenen Hologramme mit einem eigens entwickelten Prinzip der Polarisationskodierung räumlich getrennt und zum ersten Mal mit zwei synchron laufenden Kameras gespeichert. Mit den in der digital-holographischen Einzelimpuls-Mehr-Wellenlängen-Interferometrie zusammengefassten numerischen Routinen zur Rekonstruktion und Phasenauswertung wird eine Zwei-Wellenlängen-Formerfassung mit mehreren Kameras möglich. In Anwendung des neuartigen Verfahrens an verschiedenen dynamischen Mikrosystemen konnte eine Genauigkeit von einem Zwanzigstel der erzeugten synthetischen Wellenlänge, bei der Auswertung der spektralen Differenzphase an Objekten in Reflexion erreicht werden. In einer digital-holographischen Hochgeschwindigkeitsformerfassung in Transmission wurden erstmals Bildfolgefrequenz von mehr als 0,4 kHz erreicht und der interferometrische Eindeutigkeitsbereich auf mehr als das 60-fache der optischen Wellenlänge ausgedehnt. Es wurden die Voraussetzungen für eine digitale Vier-Wellenlängen-Holographie geschaffen. Zukünftig wird eine Formerfassung mit einer Genauigkeit von 10nm über einen eindeutigen interferometrischen Bereich einiger 10 μm und die Untersuchungen von Prozessen auf einer Pikosekunden-Zeitskala möglich sein. / This work deals with the digital holographic interferometric two-wavelength contouring of very fast moving objects and develops with the digital single pulse multiwavelength holography a novel approach of digital holographic recording and analysis, using an ultrashort pulse laser source. The development of several methods to shape the spektral signature of an high power ultrashort pulse laser source provides the precondition for a two-wavelength contouring of highly dynamic objects for the first time. The intrinsically short exposure time shorter than a picosecond makes the system stable regarding external impacts. For the simultaneous recording the spektral different holograms are spatially separated in novel interferometric setups by the especially developed principle of polarization encoding and stored with two synchronized cameras for the first time. The digital holographic single pulse multi-wavelength interferometry combines the numeric routines of reconstruction and phase evaluation that make a two-wavelength contouring possible using more than one camera. The novel approach is successfully demonstrated on several dynamic microsystems. Evaluating the spectral phase difference for objects in reflection an accuracy of 2 μm, which corresponds to the twentieth of the realized synthetic wavelength, could be achieved. In a digital holographic high speed contouring in transmission a frame rate higher than 0,4 kHz was achieved for the first time and the interferometric range of unambiguity was extended larger than sixty times the optical wavelength. Furthermore, the developed digital holographic single pulse multi-wavelength interferometry is not limited to the evaluation of two wavelength. The principles of the method allow to perform digital four-wavelength holography. Future a contouring with an accuracy of 10nm over the unambiguous interferometric range of several 10 μm and the investigation of processes on a picosecond time scale will be possible.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Carrier-Envelope Phasendrift modengekoppelter Laser sowie Maßnahmen zu deren aktiver und passiver Stabilisierung. Das restliche Phasenrauschen wird in verschiedenen Messaufbauten im Hinblick auf physikalische Ursachen und mögliche Optimierungen untersucht. Dazu werden einführend verschiedene Interferometeranordnungen zur Messung der CEP Drift von Ti:Saphir Oszillatoren systematisch auf ihr Eigenrauschen hin untersucht. In einem Vergleichsexperiment wird die Überlegenheit kompakter Interferometeraufbauten demonstriert. Zusätzlich wird eine einfache Anordnung vorgestellt, welche die Bestimmung der Phase eines spektralen Interferenzmusters. Das analoge Verfahren wird zur Einzelschussanalyse der CEP Drift von Verstärkerimpulsen verwendet. Hiermit werden erstmals schnelle Rauschbeiträge aufgedeckt. Ergänzend wird ein Konzept zur orthogonalen Kontrolle der CEP Drift mithilfe einer speziellen Kompensatoreinheit diskutiert. Der Kompensator besteht aus zwei Keilprismen, hergestellt aus unterschiedlichen optischen Materialien, die als Einheit verschoben werden. Durch geeignete Wahl der Materialien werden Effekte auf die Gruppenlaufzeit oder deren Dispersion gleichzeitig eliminiert. Darüber hinaus wird ebenfalls erstmalig ein lineares Messverfahren demonstriert, das die CEP Drift auch für ps-Oszillatoren erschließt. Zur linearen Detektion wird die spektrale Interferenz aufeinander folgender Impulse eines Impulszuges aufgelöst, die mit einem Ringresonator überlagert werden. Abschließend wird ein neues Verfahren präsentiert, das einen Impulszug generiert, dessen Einzelimpulse eine identische Feldstruktur aufweisen. Dazu das Messsignal direkt an ein externes Rückstellelement übergeben ohne eine zusätzliche Regelschleife zu benötigen. Auf diese Weise können Bandbreitenprobleme der Regelschleife vermieden werden. Da Rückstellelement und Laser voneinander getrennt sind, bleibt der Laser in seinem Betrieb ungestört. / This work discusses the carrier-envelope phase drift of mode-locked lasers as well as techniques for its active and passive stabilization. In order to reveal the physical origin of the drift, the investigations focus on the analysis of residual phase noise. From the analysis, potential improvements are developed. For this purpose, in a first experimental approach, different interferometer configurations for CEP drift detection of Ti:sapphire oscillators are compared. Comparative studies clearly reveal the superiority of compact interferometer set-ups in terms of noise. In a second series of experiments, a simple assembly is introduced for the direct extraction of the phase from spectral interference patterns. The analog method is demonstrated with single-shot measurements and utilized for stabilization of the CEP drift of an amplifier system, thereby enabling monitoring of additional fast noise contributions for the first time. Moreover, a concept for orthogonal control of the CEP drift by a specially designed compensator assembly is discussed. This assembly consists of two thin wedge prisms made from different optical materials. By choosing an appropriate material group delay and its dispersion are eliminated synchronously. Furthermore, a linear method is presented that provides access to the CEP drift of ps-oscillators for the first time. The newly introduced much more general linear approach relies on resolving the spectral interference of subsequent pulses from a pulse train, which are superimposed utilizing a ring resonator. Finally, a technique is demonstrated that generates a pulse train consisting of single pulses with identical field structure. Particularly, the heterodyne signal is directly fed forward to the external feedback element, replacing the classical servo loop. Therefore, servo bandwidth limitations are eliminated. Since feedback element and laser oscillator are decoupled, the laser performance is not corrupted by side effects from the feedback.

Die vorliegende Arbeit ist der Verbesserung der Carrier-Envelope Phasenstabilisierung von ultrakurzen Laserimpulsen gewidmet. Zur Realisierung von Fortschritten auf diesem Gebiet werden die grundlegenden Rauschquellen identifiziert, die das erzielbare Restphasenrauschen limitieren, und geeignete Maßnahmen zu deren Verringerung vorgeschlagen. Es wird gezeigt, dass sowohl die Messung der Carrier-Envelope Phase (CEP) als auch deren Kontrolle durch verschiedene Rauschbeiträge beeinträchtigt wird. Der Detektionsprozess ist dabei einerseits durch technische Rauschquellen beeinflusst, die vor allem in den verwendeten nichtlinearen Interferometern auftreten. Andererseits repräsentiert das Detektionsrauschen während der elektro-optischen Wandlung eine fundamentale Limitierung, da das optische Schrotrauschen sowie das Rauschen des Lichtdetektors die Messung der CEP unausweichlich beeinträchtigen. Es wird demonstriert, wie solche Beschränkungen durch geeignete Wahl der Interferometertopologie, bzw. durch Optimierung des spektralen Verbreiterungsmechanismus verringert werden können. Experimentell gelingt es dadurch den Signal-Rauschabstand der Phasenmessung um 20 Dezibel zu steigern. Hinsichtlich der CEP Kontrolle von Oszillatoren wird in dieser Arbeit ein neuartiges Doppelstabilisierungskonzept vorgestellt, welches eine feed-forward Stabilisierung, die auf einem akustooptischen Frequenzschieber beruht, mit einer klassischen Feedback Regelung kombinert. Mit diesem Konzept gelingt eine Reduzierung des Phasenrestrauschen auf beispiellose 20 Milliradian. Darüber hinaus werden weitere neue Stabilisierungskonzepte vorgestellt, die ohne Feedback zu dem Laseroszillator auskommen. Bei einem dieser Konzepte, handelt es sich um eine gepulste feed-forward Stabilisierung, die speziell für das Zusammenwirken mit einer Verstärkerstufe konzipiert ist. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass Phasenrestrauschen von weniger als 100 Milliradian auch für Verstärkersysteme erreichbar sind. / The present thesis is dedicated to improvements of the carrier-envelope phase stabilization of ultrashort laser pulses. In order to realize such improvements, the fundamental noise sources are identified, and suitable measures for their reduction are proposed. It is shown that both, the measurement of the carrier-envelope phase (CEP) as well as its control are corrupted by different noise contributions. On the one hand, the detection process is influenced by technical noise sources, which arise especially in the used nonlinear interferometers. On the other hand, the detection noise in the electro-optic conversion represents a fundamental limitation, since the optical shot noise as well as the noise induced by the light detector inevitably influence the measurement of the CEP. It is demonstrated how such limitations can be minimized by a suitable choice of the interferometer topology and by an optimization of the spectral broadening process in a micro-structured fiber. This way an enormous improvement of the signal-to-noise ratio by 20 dB is obtained experimentally, which significantly reduces the limitation of detection noise. For controlling the CEP of mode-locked oscillators, a novel double stabilization scheme is introduced in this thesis, which combines a feed-forward stabilization based on an acousto-optic frequency shifter, with a classical feedback loop. This method enables a reduction of the residual phase jitter to an unprecedented value of 20 milliradian. Beyond that, several further concepts are introduced that are capable of stabilizing the CEP without any feedback to the laser oscillator. One of these concepts, represents a pulsed feed-forward stabilization, which is specifically designed for the use in combination with a subsequent amplification stage. First experimental results indicate that residual phase jitters of less than 100 milliradian are within reach also for amplified laser systems.