Hochleistungslaser

Hochleistungslaser

Alle derzeit in Betrieb befindlichen interferometrischen Gravitationswellendetektoren verwenden Hochleistungslaser aus Hannover.

Stabilisierte Laser für fortschrittliche Gravitationswellendetektoren

Ein Forschungsteam des AEI Hannover hat zusammen mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. vorstabilisierte Hochleistungslasersysteme für alle derzeit betriebenen großen interferometrischen Gravitationswellendetektoren entwickelt und bereitgestellt. Die Erfahrungen, die sie beim Betrieb früherer Generationen dieser Systeme bei GEO600 gesammelt haben, waren entscheidend für diesen Erfolg.

Das Lasersystem für Advanced LIGO

Das Albert-Einstein-Institut in Hannover trägt die Subsystemverantwortung für die vorstabilisierten Advanced LIGO-Lasersysteme (PSL) mit einer Leistung von 200 W. In den Jahren 2010-2012 hat das AEI die Lasersysteme sowohl am Standort Hanford als auch am Standort Livingston bereitgestellt, geliefert und installiert. Die Arbeit am PSL ist aufgeteilt zwischen dem Laser Zentrum Hannover, das sich auf die Laserentwicklung konzentriert, und dem AEI, das für die Diagnose, Steuerung und Stabilisierung des Hochleistungslasersystems zuständig ist.

Das aLIGO PSL besteht aus einem 2 W Nd:YAG-Seed-Laser, der über eine Nd:YVO-Verstärkerstufe auf 35 W verstärkt wird. Dieser 35 W-Laser dient als Master-Laser in einem Injection-Locking-Schema zum Betrieb einer 200 W Nd:YAG-Hochleistungs-Oszillatorstufe. Die Ausgangsleistung der Hochleistungsstufe wird durch einen neu entwickelten PMC-Resonator (bow-tie pre-mode cleaner) räumlich gefiltert, der 165 W in der Gaußschen Grundmode mit nur 1 % der Leistung in Moden höherer Ordnung überträgt. Der PMC hat zwei Hilfsanschlüsse zum Abgreifen von Strahlproben für die Leistungs- und Frequenzstabilisierung. Ein diagnostisches Breadboard (DBB) ist ein integraler Bestandteil des PSL und ermöglicht eine vollautomatische Charakterisierung des 35-W- und des 200-W-Lasers hinsichtlich zeitlicher und räumlicher Fluktuationen und der räumlichen Strahlqualität.

Seit ihrer Installation arbeiten die aLIGO PSLs stabil und liefern zuverlässige Lichtquellen für die Gravitationswellendetektoren.

Zusätzlich zu den Lasern am LIGO-Standort wird eine Kopie der 200 W PSL in den AEI-Labors betrieben, um das Langzeitverhalten des Systems zu evaluieren und an der Optimierung von Systemkomponenten zu arbeiten. Darüber hinaus wird der hochstabile 165-W-Laserstrahl in mehreren Experimenten zur Erzeugung von Hochleistungsstrahlen bei verschiedenen Wellenlängen und mit neuartigen räumlichen Strahlprofilen eingesetzt.

Relevante Veröffentlichungen

1.
L. Winkelmann, O. Puncken, R. Kluzik, C. Veltkamp, P. Kwee, J. Poeld, C. Bogan, B. Willke, M. Frede, J. Neumann, P. Wessels, and D. Kracht
Injection-locked single-frequency laser with an output power of 220 W
Applied Physics B volume 102 (2011)
2.
B. Willke
Stabilized lasers for advanced gravitational wave detectors
Laser & Photonics Review, Volume 4, Issue 6 (2010)
3.
B. Willke, K. Danzmann, M. Frede, P. King, D. Kracht, P. Kwee, O. Puncken, R. L. Savage (Jr), B. Schulz, F. Seifert, C. Veltkamp, S. Wagner, P. Weßels and L. Winkelmann
Stabilized lasers for advanced gravitational wave detectors
Classical and Quantum Gravity, Volume 25, Number 11 (2008)
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