Diese Arbeit präsentiert ein modernes Michelson-Morley Experiment, welches genauere Grenzwerte für Testparameter liefert, die eine Verletzung der Lorentzinvarianz modellieren. Die Messung setzt einen oberen Grenzwert für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit im Bereich von dc/c ~10^-16. Das Experiment vergleicht die Frequenzen zweier optischer Hoch-Finesse Resonatoren, wobei einer dieser Resonatoren kontinuierlich auf einem Drehtisch rotiert. Um die Eigenfrequenzen der Resonatoren abzufragen, werden die Frequenzen zweier Nd:YAG-Laser auf die Resonatoren stabilisiert. Die relative Frequenzstabilität auf der Zeitskala einer Tischdrehung (~45s) liegt bei ~1x10^-14, limitiert durch das thermische Rauschen der Resonatorspiegel. Die Messung erstreckt sich über einen Zeitraum von einem Jahr, wobei mehr als 10^5 Tischumdrehungen eingehen. Ausführlich werden die systematischen Effekte und ihre Unterdrückung auf Signalamplituden unter 1 Hz dargestellt. Im Vergleich zu vorhergehenden Messungen konnten diese systematischen Effekte um einen Faktor 10 bis 100 reduziert werden. Zwei verschiedene Testtheorien wurden herangezogen, um ein Signal für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit als Folge einer Verletzung der Lorentzinvarianz zu modellieren: eine die Lorentzinvarianz verletzende Erweiterung des Standardmodells und die Testtheorie von Robertson, Mansouri und Sexl. Es wird eine Analyse der Daten im Rahmen beider Testtheorien präsentiert, und Grenzwerte auf die relevanten Parameter werden bestimmt. Diese Grenzwerte schränken eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit im Bereich von 10^-16 ein, d.h. etwa 10 mal genauer als die Ergebnisse vorangegangener Messungen. Schließlich wird ein Ausblick auf einen verbesserten Aufbau gegeben, welcher neue Resonatoren zum Einsatz bringt, und es werden erste verbesserte Resultate präsentiert. Damit steht der Weg offen für eine Langzeit-Messung, welche die Grenze für eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit bis in den Bereich von dc/c~10^-17 drücken wird. / This thesis presents a modern Michelson-Morley experiment, which provides improved limits on test parameters that model a violation of Lorentz invariance in electrodynamics. The measurement sets an upper limit on an anisotropy of the speed of light at a level of dc/c~10^-16. The experiment compares the resonance frequencies of two optical high-finesse cavities, one of them continuously rotating on a turntable. To read out their resonance frequencies, two Nd:YAG lasers are frequency-stabilized to these cavities. On the timescale of a turntable rotation (~45s), a relative frequency stability of ~1x10^-14 is achieved, limited by thermal noise of the cavity mirrors. The measurement extends over one year and includes ~10^5 rotations. The systematic effects compromising the measurement are described in detail, together with the measures that have been taken to suppress systematic effects below 1 Hz. This is a reduction by a factor of up to 100 as compared to preceding experiments. Two different test theories are applied to derive a signal for an anisotropy of the speed of light as a consequence of a violation of Lorentz invariance: a Lorentz violating extension of the standard model and the test theory by Robertson, Mansouri and Sexl. An analysis of the data within these two test models is presented, and limits on the relevant test parameters are deduced. These limits restrict an anisotropy of the speed of light at a level of 10^-16, which is a factor of ten more stringent as compared to results of previous such measurements. Finally, an outlook on an improved setup with new cavities and and first results from this setup are presented. This setup should allow for another order of magnitude improvement of the experiment''s sensitivity within a following long-term measurement aiming for the dc/c ~10^-17 level of accuracy.

In der vorliegenden Doktorarbeit wird ein Dauerstrich Optisch Parametrischer Oszillator (cw OPO) vorgestellt, der speziell für die hochauflösende Dopplerfreie Molekülspektroskopie und Metrologie entwickelt wurde. Der kontrollierte Zugang zu jeder beliebigen Wellenlänge im breiten Emissionsspektrum von OPOs wie auch das präzise Abstimmen seiner Ausgangsfrequenz über zu untersuchende molekulare und atomare Übergänge stellten lange Zeit Probleme dar, deren Lösung die Grundzielsetzung dieser Arbeit war. Das im Laufe dieser Arbeit entwickelte System hat diese Ziele vollständig erreicht, was durch verschiedene Messungen und Anwendungen demonstriert wurde. Zu diesem Zweck wurde ein neues OPO-Design mit einem Intracavity-Etalon entwickelt und aufgebaut, wobei der OPO auf dem Konzept eines einfach-resonanten cw OPOs mit resonanter Pumpwelle basiert. Die OPO-Ausgangsstrahlung zeigt sehr gute Langzeitstabilität und Spektraleigenschaften, welche durch direkte Frequenzvergleichsmessungen mit einem optischen Methan-Frequenzstandard im Infraroten bestimmt wurden. Eine Idler-Linienbreite von 12 kHz und ein Modensprung-freier Betrieb des OPOs über einen Zeitraum von einigen Tagen wurde beobachtet. Außerdem wurde gezeigt, dass ein OPO zu einer hochstabilen optischen Referenz phasengelockt und somit seine Frequenz sehr genau kontrolliert und durchgestimmt werden kann. Als erste erfolgreiche Anwendung eines OPOs in der Dopplerfreien Spektroskopie wurde ein Aufbau zur Frequenz-Modulationsspektroskopie in Methan realisiert. Weiterhin, wurde der entwickelte cw OPO mit einem femtosekunden optischen Frequenzkamm kombiniert, um eine neue Idee für eine kohärente Verbindung zwischen dem sichtbaren und dem infraroten Spektralbereich zu realisieren. Als erste Demonstration dieser Technologie wurde ein direkter absoluter Frequenzvergleich zwischen einem Jod-stabilisierten Laser bei 532 nm und einem Methan-stabilisierten Laser bei 3390 nm durchgeführt. / This thesis presents a continuous-wave optical parametric oscillator (cw OPO), specially developed for high-resolution Doppler-free molecular spectroscopy and metrology. The basic objective was to solve the long-standing problem of controlled access to any desired wavelength in the wide emission range of OPOs, including the ability to precisely tune the output frequency over the molecular and atomic transitions of interest. The system implemented during this work fully achieves these goals and its performance was demonstrated in various measurements and applications. For this aim, a new design for the OPO cavity with an intracavity etalon was implemented, extending the concept of a cw singly resonant OPO with resonated pump wave. The newly developed device demonstrates very good long-term stability and spectral properties, which were determined in direct beat frequency measurements with a methane infrared optical frequency standard. Thus, an idler radiation linewidth of 12 kHz and mode-hop-free operation of the OPO over several days were observed. Furthermore, it was shown that an OPO can be phase locked to a highly stable optical reference and thus much more precisely controlled and tuned. As the first successful application of OPOs in Doppler-free spectroscopy, a frequency modulation spectroscopy setup for detection of sub-Doppler resonances in methane was implemented. Furthermore, the developed cw OPO was integrated with a femtosecond optical frequency comb to realize a new concept for a coherent link between the visible and infrared spectral ranges. As a first demonstration of this technique, a direct absolute frequency comparison between an iodine stabilized laser at 532 nm and a methane stabilized laser at 3390 nm was performed.