Quetschlicht

Die Quetschlichtquelle von GEO600.

Das internationale Netzwerk der Gravitationswellendetektoren hat die Präzision seiner Messungen so weit vorangetrieben, dass sie durch die Quantennatur des Lichts selbst begrenzt ist. Der Laserstrahl, der bei GEO600 zur Messung der  Armlängenunterschiede verwendet wird, ist nicht wirklich kontinuierlich, sondern besteht, wie jeder Lichtstrahl, aus einer großen Anzahl von Lichtteilchen (Photonen). Die Natur des Lichts selbst bringt es mit sich, dass diese Photonen nicht wie auf einer Perlenkette angeordnet sind, sondern sich in ungleichmäßigen Gruppen bewegen; und es ist diese Gruppierung, die bei der Gravitationswellenmessung ein Rauschen erzeugt.

Im Jahr 2010 war GEO600 der erste Gravitationswellendetektor, der die Injektion von gequetschtem Licht anwendete, um dieses Quantenrauschen zu reduzieren. Bis heute hält GEO600 den Weltrekord in Dauer und Stärke des verwendeten gequetschten Lichts. Die Quetschlichtquelle wurde am Albert-Einstein-Institut entwickelt und gebaut, und derzeit ist die optimale Anwendung der Quetschlicht-Injektion ein Thema der laufenden Forschung am GEO600:

  • die Entwicklung eines automatischen Ausrichtungssystems für gequetschtes Licht,
  • die Entwicklung eines neuen Steuersignals für die Erfassung des Quetschwinkels, und
  • automatische Verriegelung der gequetschten Lichtquelle.

Mit der Kombination all dieser Techniken wurde die erste Langzeitanwendung von gequetschtem Licht an einem GW-Detektor erreicht. Squeezing kann typischerweise für mehr als 90% der Zeit angewendet werden, und wir konnten zeigen, dass Squeezing mit einer niedrigen Störimpulsrate im h-Kanal vereinbar ist.

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Die Quetschlichtquelle für Virgo

Das Virgo-Instrument hat im Jahr 2018 eine Quetschlichtquelle erhalten, deren Design auf dem der GEO600-Quelle basiert. Die Quetschlichtquelle wurde am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Hannover gebaut.

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Relevante Veröffentlichungen

1.
J. Lough et al.
First demonstration of 6 dB quantum noise reduction in a kilometer scale gravitational wave observatory
Phys. Rev. Lett. 126, 041102 (2021)
2.
E. Schreiber, K. L. Dooley, H. Vahlbruch, C. Affeldt, A. Bisht, J. R. Leong, J. Lough, M. Prijatelj, J. Slutsky, M. Was, H. Wittel, K. Danzmann, and H. Grote
Alignment sensing and control for squeezed vacuum states of light
Optics Express Vol. 24, Issue 1 (2016)
3.
K. L. Dooley, E. Schreiber, H. Vahlbruch, C. Affeldt, J. R. Leong, H. Wittel, and H. Grote
Phase control of squeezed vacuum states of light in gravitational wave detectors
Optics Express Vol. 23, Issue 7 (2015)
4.
H. Grote, K. Danzmann, K.L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch
First Long-Term Application of Squeezed States of Light in a Gravitational-Wave Observatory
Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013)
5.
The LIGO Scientific Collaboration
A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit
Nature Physics volume 7 (2011)
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