2004

Ausbau und Verbesserung des Detektors

Während des Jahres 2004 wurde die meiste Zeit damit verbracht, den Detektor zu verbessern, um ihn für den nächsten wissenschaftlichen Datenlauf vorzubereiten. Mehrere elektronische Rauschquellen wurden beseitigt.

Die erfolgreiche Teilnahme von GEO am wissenschaftlichen Datenlauf S3 hat klar gezeigt, dass der Anteil der wissenschaftlich nutzbaren Messzeit des GEO-Detektors schon sehr gut war. Daher wurde zu Beginn des Jahres 2004 vor allem daran gearbeitet, die Empfindlichkeit zu verbessern. Neue Werkzeuge wurden entwickelt, um zu verstehen welche Rauschquellen und welche Kopplungspfade zu dem Gesamtrauschen beitragen; mehrere Kandidaten wurden identifiziert. Zuerst setzten wir eine bessere Photodiode am Detektorausgang ein und optimierten die Verstärkungsverteilung im Längenkontrollsystem, die den Ausgang des Interferometers dunkel hält. Das gleiche wurde mit der Längenkontrolle gemacht, welche die Signalüberhöhung regelt. Beides zusammen verbesserte die Empfindlichkeit bei niedrigen Frequenzen um den Faktor 20.

Die Rauschuntersuchungen mussten unterbrochen werden, um die Güte des Ausgangssignals zu verbessern. Die drei Spiegel des Ausgangsteleskops wurden als Dreifachpendel im Vakuumsystem aufgehängt, und der optische Aufbau auf der Messbank am Detektorausgang wurde erneuert. Außerdem wurde die Klimaanlage ausgebaut und die Verankerung des Vakuumsystems verstärkt.

Nachdem die alte Empfindlichkeit und Stabilität des Detektors wiedererlangt waren, wurde das Leistungsrauschen des Laserlichts hinter den Modenfiltern als hauptsächliche Rauschquelle erkannt. Daher wurde ein zweiter Regelkreis zur Stabilisierung des Leistungsrauschens entworfen und eingebaut, um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern. Der Fortschritt in der Verbesserung der Empfindlichkeit wurde für mehrere Monate unterbrochen, in denen wir die begrenzende Rauschquelle „jagten“, die schließlich als Streulicht aus der Signalüberhöhung identifiziert wurde. Die optischen Komponenten wurden durch qualitativ höherwertige ersetzt und der optische Aufbau wurde umgestaltet, was das Rauschen dieses Systems substantiell reduzierte.

Die letzte große Verbesserung der Empfindlichkeit wurde im Dezember erreicht, als die in die Modenfilter injizierte Laserleistung um einen Faktor zwei auf 6 Watt erhöht wurde. Dies brachte die Empfindlichkeit in der 1-kHz-Region sehr nahe an das 10^-21 Niveau, das wir hoffentlich im Frühjahr 2005 unterschreiten werden.

Die Empfindlichkeitsverbesserung wurde von Wartungsarbeiten am automatischen Kontrollsystem und der Datenerfassung begleitet. Für beides wurden die Computer verbessert und neue Software installiert.

GEO ist der einzige Gravitationswellendetektor in der Welt, der die fortschrittliche Technik der Signalverstärkung nutzt. Diese Technik verbessert die schrotrauschbegrenzte Empfindlichkeit in einem begrenzten Frequenzband auf Kosten eines komplizierteren Ausleseverfahrens. Dies erfordert eine fortschrittliche Kalibrierung, da eine Gravitationswelle unterschiedliche frequenzabhängige Transferfunktionen in den beiden gemessenen Quadraturen erfahren würde. Gestützt auf Simulationen und Experimente und mit Hilfe mehrerer Kalibrationslinien wurde ein verlässliches, gut verstandenes Verfahren implementiert, das die kalibrierten Daten online mit nur einer kleinen Verzögerung von einigen Minuten zur Verfügung stellt.

Basierend auf den Erfolgen in der Online-Kalibrierung und dem automatischen Betrieb des Detektors, haben wir im August die halbkontinuierliche Datenaufnahme gestartet. Dabei werden Daten erfasst, kalibriert und gespeichert, sofern kein Ausbau am Detektor stattfindet und alle Teilsysteme zuverlässig laufen. Das ist üblicherweise über Nacht und an Wochenenden der Fall. So haben wir zwischen August und Jahresende mehr als 1300 Stunden Daten von wissenschaftlicher Qualität aufgenommen, mit einer Nutzleistung von 93 %. Diese Messdaten wurden den Datenanalyse-Teams zur Verfügung gestellt, die die Daten nach Gravitationswellensignalen durchsuchen werden.

Im November/Dezember wurden die Fundamente für einen neuen Bürocontainer gelegt, der die Arbeit in Ruthe komfortabler machen wird.

S4: vorgesehen für den 23. Februar 2005.