22.12.2010

Neuer Laser verzehnfacht Empfindlichkeit von Gravitiationswellendetektoren

Der in Deutschland hergestellte Hochleistungs-Infrarotlaser soll erstmalig im Gravitiationswellendetektor LIGO zum Einsatz kommen.


Der in Deutschland hergestellte Hochleistungs-Infrarotlaser soll erstmalig im Gravitiationswellendetektor LIGO zum Einsatz kommen.

Die Suche nach Einsteins Gravitationswellen gleicht der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen. Dabei stelle man sich außerdem vor, dass die Nadel von ganz ähnlicher Natur ist wie das Heu selbst. Denn kosmische Gravitationswellen, winzige Erschütterungen von Raum und Zeit, sind schwer von irdischen Erschütterungen zu unterscheiden. So sind die Forscher auf effiziente Messinstrumente angewiesen. Dafür bauen sie Gravitationswellendetektoren, die nach dem Prinzip der Laserinterferometrie funktionieren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut Hannover, AEI) haben zusammen mit dem Laserzentrum Hannover e.V. (LZH) einen Hochleistungslaser entwickelt, der bei der nächsten Generation von Gravitationswellendetektoren zum Einsatz kommen wird. Dieser Laser ist nun unterwegs zum "Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory" (LIGO), einem dieser Detektoren in den USA.

Abb.: Einblick in den 200-Watt-Laseroszillator für LIGO. (Bild: Laser Zentrum Hannover e. V.)

Laserpointer blinken gewöhnlich rot oder grün auf – und zwar bei einer recht schwachen Leistung von weniger als einem Milliwatt. Laser dagegen, wie sie bislang in der Gravitationswellenastronomie Verwendung finden, verfügen über Leistungen von 10-50 Watt. Sie sind also etwa zehntausend mal heller als solche, die wir im Alltag benutzen. Zudem sind diese Lichtquellen für das menschliche Auge unsichtbar, denn sie arbeiten im infraroten Frequenzbereich. Gerade diese beiden Eigenschaften machen Hochleistungslaser besonders wertvoll für Forschungszwecke. Die optischen Systeme der Gravitationswelleninterferometer „sehen“ nämlich besonders scharf bei infraroten Wellenlängen. Außerdem: Je höher die Leistung eines Lasers ist, um so präziser messen die Detektoren.

Der neue Hochleistungslaser, den die Wissenschaftler unter der Leitung von Benno Willke vom AEI für diese Zwecke entwickelt haben, strahlt noch einmal um das rund Zehnfache stärker als seine Vorgänger. Er besitzt eine Leistung von 200 W bei einer Wellenlänge von 1064 nm und zeichnet sich durch bisher unerreichte Stabilität von Leistung und Frequenz aus. Damit ist er weltweit der erste seiner Art, den die Wissenschaftler in einen Gravitationswellendetektor einbauen werden.

Angekommen in Livingston, USA, soll der Laser eine neue Ära bei den Gravitationswellendetektoren einleiten. „Hochleistungslaser dieser Art werden bei der neuen Generation von Gravitationswellendetektoren wie Advanced LIGO zum Einsatz kommen“, so Willke. „Damit lässt sich die Messempfindlichkeit dieser Detektoren noch einmal um einen Faktor 10 verbessern.“ Damit wird auch die Wahrscheinlichkeit, Gravitationswellen direkt zu messen, in den nächsten Jahren deutlich steigen.

AEI / LZH / AL


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