Hochleistungs-Nd:YAG-Laser für die nächste Generation erdgebundener Gravitationswellendetektoren

Abbildung des Doppelbrechungskompensierten Zweistabsystems. Mit Hilfe der relay optic werden die thermischen Linsen der beiden Laserstäbe auf einander abgebildet, um so eine effiziente Doppelbrechungskompensation zu erzielen.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickelt zur Zeit einen extrem schmalbandigen Hochleistungslaser für den Einsatz in erdgebundenen Gravitationswellendetektoren.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickelt zur Zeit einen extrem schmalbandigen („einfrequenten“) Hochleistungslaser für den Einsatz in erdgebundenen Gravitationswellendetektoren, welche auf Michelson-Interferometern mit bis zu 4 km Armlänge beruhen. Gravitationswellen, von Albert Einstein im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (1916) postuliert, sind minimalste Verzerrungen des Raumes, die von großen kosmischen Ereignissen wie beispielsweise Supernova-Explosionen ausgelöst werden und die Armlängen eines Michelson-Interferometers über die Dauer der Gravitationswelle verändern. Einige internationale Forscherteams arbeiten mit Hilfe modernster Messtechnik daran, diese bis jetzt nicht beobachteten Gravitationswellen nachzuweisen.
Physiker und Ingenieure am LZH entwickeln dabei das Herzstück der Gravitationsdetektoren, einen hochstabilen Laser mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Dieser Laser muss nicht nur über eine exzellente Strahlqualität verfügen, sondern auch noch sehr rauscharm sein, um den enormen messtechnischen Anforderungen gerecht zu werden.

Die Herausforderung liegt darin, hohe Ausgangsleistung und gleichzeitig gute Strahlqualität zu erreichen. Thermo-optische Effekte in Hochleistungslasern führen normalerweise zu Strahlverzerrungen und thermisch induzierter Doppelbrechung. Durch ein neues Laserkonzept zweier identischer endgepumpter Laserstäbe (Nd:YAG) ist es möglich, die thermisch-induzierten Nachteile zu kompensieren.

Mit diesem Lasersystem kann eine linear polarisierte Ausgangsleistung von bis zu 114 W mit höchster Strahlqualität (M2<1.1) erzielt werden. Ein weiterer Vorteil des Lasersystems liegt in der Kombination von Robustheit und Zuverlässigkeit von Stablasern mit der Effizienz von endgepumpten Systemen. Um noch höhere Ausgangsleistungen von mehr als 200 W zu erreichen, soll das System in Zukunft mit insgesamt vier Laserstäben betrieben werden. Dabei ist es notwendig, einen symmetrischen Ringresonator zu konstruieren, der die bestehenden Vorteile des Zweistabsystems integriert. Dieser Ringresonator wird dann mit Hilfe des injection-lockings an einen frequenzstabilen Master-Laser gekoppelt, um den Einfrequenzbetrieb zu gewährleisten. Weitere Einzelheiten über den Aufbau des Lasersystems sind beim LZH erhältlich. Kontakt: Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
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