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Laserlicht für den Wegbereiter des Einstein-Teleskops

Hochpräzise Laserquelle aus Hannover für ETpathfinder in Maastricht

16. Mai 2024

Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) und der Leibniz Universität Hannover haben eine Laserquelle am ETpathfinder in Maastricht aufgebaut, überprüft und in Betrieb genommen. ETpathfinder ist eine Forschungs- und Entwicklungseinrichtung für das Einstein-Teleskop, das zukünftige europäische Gravitationswellen-Observatorium der dritten Generation. Im Laufe dieses Jahres stehen neben der weiteren Charakterisierung erste vorläufige Tests zur Einbindung in ETpathfinder an. Die vollständige Integration und regelmäßige Experimente mit der neuen Laserquelle in ETpathfinder sollen im nächsten Jahr beginnen.

In einem ersten Schritt haben Forschende des AEI Hannover die von ihnen entwickelte Laserquelle nach Maastricht transportiert. Dort haben sie das Lasersystem gemeinsam mit ETpathfinder-Kolleg*innen am neuen Standort in einem Reinraumlabor aufgestellt, die korrekte Funktion aller Komponenten geprüft und es in Betrieb genommen.

„Der Transport nach Maastricht und der Aufbau unserer neuen Laserquelle am ETpathfinder sind perfekt gelaufen“, sagt Nicole Knust, Doktorandin am AEI Hannover. „Das hochpräzise Gerät arbeitet in Maastricht nun genauso zuverlässig wie bei uns im Labor in Hannover und ist bereit für die weitere Integration in ETpathfinder.“

Neue Hochpräzisionstechnologie für neue Detektoren

Gravitationswellen-Detektoren der dritten Generation – wie das Einstein-Teleskop in Europa und der Cosmic Explorer in den USA – werden sich in einigen Aspekten stark von den heutigen Instrumenten unterscheiden und den Einsatz neuer Technologien erfordern. So wird das Einstein-Teleskop teilweise auf Temperaturen von -263 °C gekühlt werden, um eine besonders hohe Empfindlichkeit für Gravitationswellen zu erreichen. Deshalb müssen die Spiegel und Strahlteiler aus andere Materialien bestehen als bei den heutigen Detektoren. Diese Materialien sind jedoch für das derzeit verwendete Laserlicht nicht transparent. Deswegen muss Laserlicht anderer Wellenlängen zum Einsatz kommen.

Die am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und an der Leibniz Universität Hannover entwickelte Laserquelle erzeugt infrarotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1550 Nanometern und einer Leistung von 10 Watt.

„Zukünftige Gravitationswellen-Detektoren stellen sehr hohe Anforderungen an ihre Laserquellen. Um diesen gerecht zu werden, haben wir das langwelligere Laserlicht durch eine speziell entwickelte Regelungstechnik in seiner Helligkeit, Farbe, Strahlform und Strahllage höchstpräzise kontrolliert und aktiv stabilisiert“, sagt Fabian Meylahn, wissenschaftlicher Mitarbeiter am AEI Hannover.

„In den nächsten Wochen und Monaten werden wir unser Lasersystem durch weitere Messungen vollständig charakterisieren und es in das Datenerfassungssystem integrieren“, sagt Nicole Knust „Danach stehen erste Tests an, bei denen das Laserlicht mit optischen Komponenten im Vakuumsystem von ETpathfinder gekoppelt werden wird“.

Jahrzehntelange Erfahrung aus Hannover für ETpathfinder

ETpathfinder ist eine Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur in Maastricht, um viele der für das Einstein-Teleskop erforderlichen innovativen Konzepte und Technologien gemeinsam an einem Ort zu testen, zu entwickeln und ihre Kompatibilität zu charakterisieren.

„ETpathfinder ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu zukünftigen Gravitationswellen-Detektoren wie dem Einstein-Teleskop. Mit unserer Laserquelle tragen wir einen Kernbaustein zu ETpathfinder bei“, erklärt Benno Willke, Leiter der Arbeitsgruppe „Laser und gequetschtes Licht“ am AEI Hannover und der Leibniz Universität Hannover. Er ergänzt: „Durch den Betrieb am ETpathfinder können wir unsere Laserquelle auf Herz und Nieren prüfen und unsere jahrzehntelange Erfahrung mit dem Bau und Betrieb solcher Lasersysteme erweitern.“

Der Exzellenzcluster QuantumFrontiers mit der Topical Group „Laser Development and Stabilisation for Next-Generation Gravitational Wave Detectors“ und das Bundesministerium für Bildung und Forschung haben die Entwicklung des Lasersystems für ETpathfinder gefördert.

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