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Forschungsgruppe | Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities

Optischer Resonator aus mono-kristallinem Silizium.Foto: PTB Braunschweig
Modell des Kryostaten für den optischen Resonator. Abbildung: PTB Braunschweig

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung von ultrastabilen Lasern für Anwendungen in der höchstauflösenden Laserspektroskopie und Metrologie. So ist beispielsweise die Kurzzeitstabilität von optischen Uhren durch die Frequenzstabilität der Laser begrenzt, die der Abfrage des atomaren Übergangs dienen. Um die beste Frequenzstabilität zu erreichen, wird die Frequenz des Lasers üblicherweise auf eine schmale Resonanzlinie eines optischen Resonators stabilisiert. Die Frequenzstabilität des an den Resonator angekoppelten Lasers wird durch die Stabilität der Resonatorlänge bestimmt. Längenänderungen können durch seismische und akustische Schwingungen sowie Temperaturschwankungen verursacht werden.

Gegenwärtig ist die Frequenzstabilität der besten Laser letztendlich durch thermische Längenfluktuationen aufgrund der Brown‘schen Molekularbewegung des Resonatormaterials begrenzt. Da dieses thermische Rauschen mitunter durch die Wahl eines geeigneten Resonatormaterials hoher mechanischer Güte stark unterdrückt werden kann, untersucht die Forschergruppe momentan die Verwendung von monokristallinem Silizium. Das Material ist bei einer Temperatur von -150 °Celsius stabil gegenüber thermischen Längenausdehnungen und erfordert somit die Konzeption einer vibrationsarmen Kühlung. Zusätzlich untersucht die Arbeitsgruppe die Verwendung neuartiger hochreflektiver Strukturen, um das thermische Rauschen der im Resonator verwendeten Spiegel weiter zu unterdrücken.

Weitere Informationen sind auf der Projektseite der PTB verfügbar.