Single Frequency Lasers
Arbeitsschwerpunkte
- Entwicklung hochstabiler Lasersysteme für erdgebundene Gravitationswellen-Observatorien
- Einfrequente Laser im Wellenlängenbereich von 1 bis 2 μm
- Untersuchung der Eigenschaften einfrequenter Hochleistungsfaser- und Kristallverstärker
Aktuelle wissenschaftliche Arbeiten und Projekte
2007 stattete das LZH die beiden amerikanischen Gravitationswellendetektoren LIGO in Hanford und Livingston erfolgreich mit Festkörper-Verstärkersystemen exzellenter Strahlqualität und einfrequenter Ausgangsleistung von 35 W aus. Ende 2010 konnte die Phase wissenschaftlicher Datenaufnahme mit diesen verbesserten LIGO Lasersystemen abgeschlossen werden. Derzeit befinden sich die Detektoren in einer Umrüstungsphase auf die zweite Generation der Gravitationswellendetektoren – advanced LIGO.
Für diese zweite Generation von Gravitationswellendetektoren arbeitete man am LZH intensiv an einem mehrstufigen, einfrequenten Hochleistungslasersystem. Dazu wurde ein Hochleistungsoszillator entwickelt, der sich an die bereits vorhandenen 35 W-Systeme koppeln lässt. Mit dieser Kombination kann die Ausgangsleistung auf über 200 W - unter Beibehaltung der exzellenten Strahlqualität und der einfrequenten Emission - skaliert werden.
Die Entwicklung des Hochleistungsoszillators erfolgte über mehrere Prototypen: Der „Functional Prototype“, mit dem die Spezifikationen des Lasersystems demonstriert wurden, ist 2008 abgeschlossen worden. Mitte 2009 wurde der „Engineering Prototype“ realisiert, der sowohl in allen wesentlichen optischen Parametern als auch im mechanischen Design bereits weitestgehend dem finalen Modell entsprach. Im Juni 2010 lieferte die Gruppe das „Reference System“ erfolgreich an das Albert-Einstein-Institut in Hannover aus. Dieses System ist in allen Parametern identisch mit den Lasersystemen, die an die Observatorien ausgeliefert werden, verbleibt jedoch zu Studienzwecken am Standort.
Schließlich konnte Ende 2010 zusammen mit der Firma neo-LASE und dem Albert-Einstein-Institut der erste „Observatory Laser“ an das LIGO Gravitationswellenobservatorium in Livingston verschifft werden. Dieses System wird in der ersten Jahreshälfte 2011 in Betrieb gehen.
„3rd generation gravitational wave detector laser source“ heißt eine Forschergruppe, die sich im Rahmen der Exzellenzinitiative QUEST in der Gruppe Single Frequency Lasers etabliert hat. Diese Gruppe erforscht Laserquellen und -konzepte für die übernächste Generation von Gravitationswellendetektoren. Im Fokus stehen zwei Wellenlängenbereiche – 1064 nm und 1550 nm –, die parallel untersucht werden. Im 1 μm Bereich soll, aufbauend auf den bereits mit Faserverstärkern erzielten Ergebnissen, eine weitere Leistungsskalierung durch eine Kombination aus Faser- und Festkörperverstärker bis in den kW-Bereich realisiert werden. Besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, die exzellente Strahlqualität sowie Frequenz- und Leistungsstabilität beizubehalten. Im 1,55 μm Bereich, der im Kleinleistungsbereich durch die Aktivitäten in der Telekommunikationsbranche bereits weitgehend erforscht ist, werden grundlegende Experimente zur Leistungsskalierung in den Bereich einiger 100 W durchgeführt.
Im Einzelnen werden Erbium-dotierte und Erbium/Ytterbiumkodotierte Faserverstärker konzeptionell verglichen. Auch hier stehen grundlegende Untersuchungen zur Beibehaltung der reinen transversal-elektromagnetischen TEM00 Emission und zu verschiedenen Einflüssen auf die Frequenz- und Leistungsstabilität im Mittelpunkt der Aktivitäten.
