Stellenangebot vom 25. Mai 2023
Hintergrund
Diese Projekte sind in die Arbeitsgruppe „Interferometrie im Weltraum“ eingebettet, die sich auf die Arbeit am weltraumgestützten Gravitationswellendetektor LISA und an der Geodäsiemission GRACE-FO und ihren potenziellen Nachfolgemissionen konzentriert.
Bei all diesen Missionen kommen Präzisionsinterferometer zum Einsatz, die Abstandsänderungen zwischen zwei Raumfahrzeugen mit Nanometergenauigkeit (Geodäsieanwendungen in einer vergleichsweise verrauschten Erdumlaufbahn) oder Pikometergenauigkeit (LISA, in einer sehr ruhigen heliozentrischen Umlaufbahn) messen.
In der Arbeitsgruppe für optische Simulationen simulieren wir das Rauschverhalten von weltraumgestützten Laserinterferometern, entwickeln Simulationsmethoden weiter und leiten neue Strategien zur Rauschminderung ab. Natürlich stehen wir in engem Kontakt mit den Experimentator:innen, um unsere Methoden und Ideen mit Labordaten abzugleichen und experimentell zu validieren.
Zurzeit haben wir zwei offene Projekte, die jeweils für Studierende (BSc- oder MSc-Niveau) gedacht sind.
Projekt 1
Wenn wir Laboraufbauten oder weltraumgestützte Interferometer mit Gaußschen Strahlen simulieren, nehmen wir normalerweise an, dass diese Strahlen perfekte Gaußsche Strahlen sind. Diese Annahme vereinfacht unsere Berechnungen erheblich, aber sie ist nicht realistisch. Eines der experimentellen Projekte konzentriert sich daher auf die experimentelle Charakterisierung des Modengehalts höherer Ordnung der Laborlaserstrahlen – oder einfach ausgedrückt: die Abweichungen von der perfekten Gaußform. Doch was bedeutet der Modengehalt höherer Ordnung? Verändert er das interferometrische Verhalten? Und wie? Das lässt sich am besten mit Simulationen analysieren und ist die zentrale Frage dieses Projekts.
Projekt 2
Bei LISA, GRACE-FO und auch bei unseren Laborexperimenten werden normalerweise Quadrantenphotodioden verwendet, um die interferometrische Phase und damit die relevanten Abstandsänderungen auszulesen. Eine Quadrantenphotodiode besteht jedoch aus vier Segmenten, von denen jedes ein Signal liefert, als wäre es eine unabhängige Photodiode. Es gibt also vier Auslesesignale und wir kombinieren sie, um ein Phasen- oder Verschiebungssignal zu erhalten. Das bedeutet, dass man sich entscheiden muss, wie man die vier Signale zu einem zusammenfasst, und dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Alle liefern vernünftige und brauchbare Wegmesssignale, aber sie können sich in ihrem Rauschverhalten unterscheiden. Dieses Projekt konzentriert sich daher auf einen systematischen Vergleich der am häufigsten verwendeten Optionen. Das Hauptziel ist es, eine Antwort auf die Frage zu finden: Welche Signaldefinition ist in welchem Versuchsfall am besten geeignet?
Idealerweise haben Sie
- einige Kenntnisse und Interesse am Programmieren
- einige Kenntnisse in der Laserinterferometrie (z.B. aus der Vorlesung „Laserinterferometrie“ oder „Gravitationsphysik“)
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