Coherent Laser spielt eine Schlüsselrolle bei der LIGO Gravitations-Wellenmessung

Mephisto_33Ein Mephisto-Laser von Coherent hat jüngst eine kritische und zentrale Rolle bei der bahnbrechenden Messung von Gravitationswellen gespielt, die sowohl in der Wissenschaft als auch überall sonst auf der Welt als wichtige Bestätigung bestimmter Aspekte der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein begrüßt wurde. Mephisto-Laser bieten eine höhere Stabilität und weniger Ausgangsrauschen als jeder andere kommerzielle Laser, was sie zur ersten Wahl als Primäroszillatoren für die weltweit groß angelegten Programme zur Messung von Gravitationswellen (Gravity Wave Detection (GWD)) macht. Hierzu gehört das Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatorium (LIGO), das diese erste Beobachtung durch den Vergleich synchroner Daten machte (die am 14. September 2015 aufgezeichnet wurden), und zwar an zwei Standorten in den Vereinigten Staaten, nämlich in Livingston im US-Bundesstaat Luisiana und in Hanford, Washington.

Diese Beobachtungen sind auf vielfache Anerkennung und auf Interesse gestoßen, sowohl wegen ihrer fundamentalen wissenschaftlichen Bedeutung als auch wegen der schieren Schwierigkeit der Durchführung solcher Messungen. Denn obwohl Einstein die Existenz solcher Gravitationswellen schon vor einem Jahrhundert vorhergesagt hat, konnte deren Existenz erst 2015 anhand der LIGO-Daten bestätigt werden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass solche Wellen eine so außerordentlich geringe Wirkung auf Messsysteme haben. Die beiden LIGO-Standorte bestehen aus jeweils einem L-förmigen Laserinterferometer mit einer Länge von ca. 4 km. Trotzdem verursachte jede gemessene Gravitationswelle effektive Änderungen der Weglänge des Interferometers von nur eins zu 1022. In absoluten Zahlen ausgedrückt bedeutet dies weniger als 1/10000 des Durchmessers eines Protons. Deshalb spricht man beim Advanced LIGO ganz allgemein als von dem empfindlichsten wissenschaftlichen Experiment, das jemals konstruiert wurde.

Was den Laser angeht, so entsprechen die gemessenen Änderungen der Weglänge weniger als 10-12 der Wellenlänge des Lasers von 1064 nm. Selbst unter Verwendung der hochstabilen Mephisto-Laseroszillatoren von Coherent musste das LIGO-Team zur Erreichung einer solchen nie da gewesenen Empfindlichkeit komplexe Steuerungssysteme entwickeln, um das Rauschen der Laserfrequenz noch einmal um mehrere Größenordnungen zu senken, was zur Erfassung des sehr schwachen Signals erforderlich ist.

Möglich war dies, weil Mephisto-Laser auf der NPRO-Technologie (nicht planare Ringoszillatoren) basieren. Hier befindet sich der gesamte Resonatorstrahlengang innerhalb eines kleinen, neodymdotierten Verstärkerkristalls, der Kontaminationen gegenüber unempfindlich, an sich einfach zu stabilisieren sowie für thermische und piezoelektrische Frequenzfeinabstimmung gut geeignet ist. Der äußere Zugang zu diesen Abstimmsignalen war für die bei LIGO genutzten Stabilisierungsmethoden von kritischer Bedeutung. Mephisto-Laser werden auch für andere anspruchsvolle Anwendungen weithin verwendet, darunter Atomfallen, die Erforschung gequetschter Zustände, Quantenoptik, Lichtleiterdetektion und modernste Forschungen zur kohärenten Kommunikation.

Außer dem Mephisto hat Coherent den internationalen Teams am LIGO und an der europäischen VIRGO-Anlage auch noch weitere wichtige Laser und Komponenten bereitgestellt, darunter Prometheus, einen frequenzverdoppelten Laser auf der Basis von Mephisto, sowie das Polierverfahren für einige optische Bauteile mit großer Apertur.

„In den 50 Jahren seit der Gründung von Coherent haben wir uns ausgehend von einem weitgehend wissenschaftlich orientierten Laserhersteller zu einem Hersteller entwickeln, der eine breite Palette von Anwendungen in den Bereichen Life Science, Instrumentenbau und Industrie bedient,” so Marco Arrigoni, Leiter Marketing bei Coherent. „Aber trotz dieser Erweiterung unseres Fokus engagieren wir uns weiterhin in der Unterstützung der Grundlagenforschung mit unseren modernsten Lasern. Jetzt, da wir unser goldenes Jubiläum feiern, stimmt es uns nicht nur froh, sondern auch demütig zu sehen, dass unsere Produkte bei diesem richtungweisenden Forschungsprojekt zur Überprüfung der Einsteinschen Theorie eine Schlüsselrolle spielen.”

Autor: COHERENT

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