Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) und der Leibniz Universität Hannover haben in den vergangenen Jahren gemeinsam eine hochpräzise Laserquelle für die nächste Generation der Gravitationswellen-Detektoren entwickelt. 2024 transferierten sie die Technologie aus dem Hannoveraner Labor an das Testzentrum ETpathfinder in Maastricht, bauten es in der neuen Reinraumumgebung auf und führten zahlreiche Tests durch.
Nun hat das Team einen wichtiger Meilenstein erreicht, denn es hat die Laserquelle erneut versetzt, damit ihr Licht erstmals im Vakuumsystem des Großexperiments ETpathfinder zirkulieren und mit optischen Komponenten gekoppelt werden kann. Die Forschenden werden das Lasersystem weiteren Tests unterziehen. Ziel ist die vollständige Einbindung in das Großexperiment mit den entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die die hochpräzisen Messungen des geplanten europäischen Einstein-Teleskops ermöglichen werden.
Auf dem Weg zum Ziel
„Damit kommen wir der finalen Integration unserer Hannoveraner Laserquelle in den ETpathfinder einen Schritt näher“, sagt Nicole Knust, Doktorandin am AEI in der Arbeitsgruppe Laser und gequetschtes Licht. „Wir haben das Licht unserer Laserquelle in einen optischen Resonator, eine Art Lichtspeicher und -filter, im Vakuumsystem eingespeist. Damit werden wir im nächsten Schritt das Laserlicht noch einmal verbessern, also präziser abstimmen können.“
Gravitationswellen-Detektoren der dritten Generation – wie das Einstein-Teleskop in Europa und der Cosmic Explorer in den USA – unterscheiden sich in einigen Aspekten deutlich von den heutigen Instrumenten und erfordern den Einsatz ganz neuer Technologien. Dazu gehören neue Laserquellen mit veränderten Wellenlängen: Die am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und an der Leibniz Universität Hannover entwickelte Laserquelle erzeugt hochpräzises, infrarotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1550 Nanometern und einer Leistung von bis zu 10 Watt.
„Am ETpathfinder können wir unsere jahrzehntelange Erfahrung bei der Entwicklung von Laserquellen für irdische Gravitationswellen-Detektoren weiter ausbauen“, erklärt Benno Willke, der die Arbeitsgruppe Laser und gequetschtes Licht leitet. „Das ist eine hervorragende Vorbereitung für unsere Beiträge zum Einstein-Teleskop und Cosmic Explorer, den Detektoren der dritten Generation auf der Erde.“
ETpathfinder
ETpathfinder ist eine Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur in Maastricht, die von einer Kollaboration aus mehr als zwanzig Forschungseinrichtungen aus sieben europäischen Ländern betrieben wird. Sie ermöglicht es Forschenden gemeinsam an einem Ort für ET erforderliche innovative Technologien zu entwickeln und zu testen und ihre Kompatibilität zu untersuchen. Der Exzellenzcluster QuantumFrontiers mit der Topical Group „Laser Development and Stabilisation for Next-Generation Gravitational Wave Detectors“ und das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt haben die Entwicklung des Lasersystems für ETpathfinder gefördert.
Hintergrund
Wird ein High-Tech-Experiment von einem Ort zum anderen versetzt – und seien es nur ein paar Meter – ist das eine aufwändige Sache, denn das System besteht aus vielen sensiblen, hochpräzisen optischen Komponenten, der zugehörigen Kontrolltechnik und Verkabelung. Daher wird jeder Schritt, jede Komponente sowie das gesamte Experiment genau dokumentiert. So lassen sich Veränderungen in der Funktionsweise später einordnen, die Technologie weiterentwickeln, Fehler finden und beheben.
