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Forschungsgruppe | 3rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source

Arbeiten im Reinraum an einem Hochleistungsverstärker-System. Foto: Thomas Damm/QUEST

Die interferometrische Gravitationswellendetektion (GWD) stellt extrem hohe Anforderungen an die verwendete Laserquelle. Neben der beugungsbegrenzten Strahlqualität und der einfrequenten Emission ist insbesondere die benötigte Ausgangsleistung für die GWD der dritten Generation eine große Herausforderung. Je nach verwendetem Substratmaterial in den Interferometern werden entweder bis zu 1 kW bei einer Wellenlänge von 1064 nm oder 100- 200 W bei einer Wellenlänge von 1.55 μm benötigt.

In dieser Arbeitsgruppe werden verschiedene Konzepte zum Erreichen dieser Ziele evaluiert. Während bei einer Wellenlänge von 1.55 μm reine Faserverstärker (sowohl basierend auf Er- wie auch auf Er/Yb-kodotierten Fasern) auf ihre Eignung zur rauscharmen Verstärkung der einfrequenten Strahlung untersucht werden, werden bei einer Wellenlänge von 1064 nm hybride Faser-Festkörperverstärker (Yb-dotierte Glasfaser / Nd:YAG Kristalle) realisiert. Die faserbasierten Systeme haben ihre Stärke gerade im unteren Leistungsbereich, wo sie aufgrund der großen Wechselwirkungslängen und hohen Intensitäten bereits bei geringen Leistungen eine große Effizienz ermöglichen. Die gleichen Eigenschaften können jedoch bei hohen Leistungen zu Limitierungen durch nichtlineare Effekte wie der stimulierten Brillouin-Streuung führen, durch die das Frequenz- und Leistungsrauschen stark zunimmt. In diesem Leistungsbereich soll daher die Verstärkung mit Festkörperverstärkern ergänzt werden, die durch die großen Modenfelder erst hier ihre volle Effizienz entfalten können.