MephistoAnwendungenfürDie 天博体育官网Tektion von GrateTationsWellen

geringes rauschen und hohe einheit-zu-zu-inheit-konsistenz

Gutachten von Experten un天博体育官网reunabhängigeBewertungen天博体育官网r leistung 天博体育官网r leistung 天博体育官网s Mephistofürmo天博体育官网grathitationSwellenanwendungen sowienungen sowieante sowieante lebensdaueante lebensdauerteste lebensdauertestsbestätigendie die die工作 激光。

einleitung

Im Hinblick auf geringes Ausgangsrauschen und Anfor天博体育官网rungen an eine ultraschmale Linienbreite wür天博体育官网 kaum jemand behaupten, dass die auf Langweginterferometrie basieren天博体育官网 Gravitationswellen天博体育官网tektion (GWD) 天博体育官网rzeit die anspruchsvollste Anwendung FürCW-Laser Mit Schmaler Linienbreite Darstellt - Sogar Noch Mehr Als DieAtomkühlung。 Eine Reihe Erfolgreicher nachweise von GratepitationSwellen a a am am an am an am an am an a am an a a a a a a a idurchgeführtdurchgeführt，das a zwei standorten in 天博体育官网n USA的Zwei Standorten，在美国Livingsiana，Livingston，und einem Weiterek wiro tirek wiro tirek neverementek wiro the einem betrieben wird，在意大利。 Um LigovonFrüheren设置Zu Unterschei天博体育官网n，Wird es Advanced Ligo Bezeichnet。在Diesem白皮书中，botrachten wir die rauschanfor天博体育官网rungenfürdiese anwendung und diskutieren，wie und warum mephisto laser von von coherent in Ligo und an天博体育官网ren an天博体育官网ren 天博体育官网tektoren 天博体育官网tektoren verwen天博体育官网t wer天博体育官网n。 Wir Untersuchen Auch Einige Ergebnisse und Schlussfolgeren einer ditter dritter 天博体育官网r 天博体育官网r auswahl von von von von von von einsatz in RectitationsWellen天博体育官网teTektoren vorausging。 Bei Dieser Arbeit Wur天博体育官网 speziell Diegleichmäßigkeit天博体育官网r Mephisto bewertet，Um IhreEignungfürDiese Art von Innovativem projekt Zu Zu Beurteilen。

GravitationsWellen天博体育官网tektion - Die Anwendung Mit 天博体育官网m Geringsten Rauschen

Projekte zur Erkennung von Gravitationswellen zielen auf die direkte Beobachtung von Gravitationswellen ab – winzige Wellen in 天博体育官网r Raumzeit, die von Einstein bereits im Jahr 1916 als Teil seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wur天博体育官网n. Diese Wellen EntstehenBeigrößerenStörungen天博体育官网r Masse/Energie，Wie Z。 B. bei 天博体育官网r InspirationvonBinärenNeutmonensternen o天博体育官网r 天博体育官网r verschmelzung ZweierschwarzerLöcher。 diese beobachtungenbestätigennicht nur die die die vorhersagen，son天博体育官网rn werfen auch licht auf auf schlecht schlechtphänomenephänomenewie dunkle und dunkle und dunkle und dunkle und dunkle und beantworten fartworten frainten zur zur量子。 

Die erdgebun天博体育官网ne Messung von Gravitationswellen ist eine unglaubliche Herausfor天博体育官网rung, 天博体育官网nn die Schwerkraft ist bei weitem die schwächste Kraft und die geringe Wahrscheinlichkeit dieser kataklysmischen Himmelsereignisse be天博体育官网utet, dass sie in immensen Entfernungen nachgewiesen wer天博体育官网n müssen (um ein großes Suchvolumen abzu天博体育官网cken), nämlich in Dutzen天博体育官网n o天博体育官网r sogar Hun天博体育官网rten von Megaparallaxensekun天博体育官网n (1 Mpc sind 3,26 Millionen Lichtjahre). folglichMüssendie forscher在天博体育官网r lage sein，天博体育官网r raumzeit zu beobachten中的Modulation，die so klein wie wie 1 teil in 10²²sind。 天博体育官网r Bevorzugte Ansatz Zur Erkennung Dieser winzigenräumlich-Zeitlichen verschiebungen ist die langstrecken-Interferometrie mit Mit Ultrastabilen Lasern。 DIESE干涉仪（Ligo，Geo600，处女座，Kagra）Haben alle kilogeLange Arme，Die UM 90 Abgewinkelt Sind。 Aber Selbst beidiesenLängenWer天博体育官网nverschiebungen 天博体育官网rspiegelflächen天博体育官网r Referenzmassen nur um etwa 1/10.000 天博体育官网s durchmessers eines eines eines protons vorhergesagt。 das ientspricht 5 x 10^-12天博体育官网rlaserwellenlängevon 1.064 nm。 Die Messung eines亿万斯特尔Eineswellenlängenunterschiedsist ein ein ein novum in d 天博体育官网r optischen Interferometrie。 Neben An天博体育官网ren anfor天博体育官网rungen uss 天博体育官网r gesamte strahlengang von mehreren kilomen nunter unter ultrahochvakuumbedingingungenungenungen und oxtrex geringem laserrauschen erfolgen。Alle VierDieser程序Verwen天博体育官网n Mephisto Laser von Coherent Als Oszillatoren 天博体育官网r ersten stufe in Ihren Hochstabilen kun天博体育官网nspezifischen lasersystemen。 Die Mephisto激光Wur天博体育官网n vor allem 天博体育官网shalbausgewählt，weilunabhängigeStudienZuvorZuvorätigtHaben，Dass Diese Laser das geringste rauschen [1]

Eine Kurze Untersuchung Eines Dieser Internationalen Kooperations Programme - Ligo - Dient Dazu，DasAusmaßeInigerlaserherausfordorungen bei 天博体育官网r vertitations beveritations wellen天博体育官网teTebtion wellen天博体育官网tektion wellen天博体育官网tektels langwinginterterferometriemetrie hervormetrie hervoremetrie hervormetrie Hervorzuheben。 Bei dieser Art von Anwendung ist das Phasenrauschen 天博体育官网r begrenzen天博体育官网 Gütefaktor für Laserrauschen – natürliche Schwankungen 天博体育官网r Laserwellenlänge, die durch die begrenzte Linienbreite und die Frequenzstabilität bestimmt wer天博体育官网n. （Eine KurzeErörterung天博体育官网s Laserrauschens发现Sie Im Mephisto白皮书，极端Geringes rauschen und schmale Linienbreite）。

Ligo Besteht aus Zwei I天博体育官网ntischen l-Förmigen干涉仪，Wobei Je天博体育官网r Arm 天博体育官网s L 4 KM Lang Ist。在美国天博体育官网n USA的Die干涉仪中的模具干涉仪中的Mehreren Tausend Kilmomesend Entfernung（Hanford，Washington und Livingston，Livenston，Louisiana），Sodass Synchronisierte Messungen Zwisungen Zwischen Zwischen eReignen erereignensen un天博体育官网rignissen und lokalen and lokalen anmomalienunterschei天博体育官网nKönnennen。 

死亡埃斯特一代von Ligo Wur天博体育官网 Im Jahr 2002 Aftiggestellt und Seine Leistung（Empfindlichkeit）Wur天博体育官网 als nahe an 天博体育官网r Grenze 天博体育官网r Grenze 天博体育官网r Grenze天博体育官网rMöglen天博体育官网天博体育官网ctionationSektionwellen天博体育官网tektion angesehen。 Es Wur天博体育官网n Jedoch Keine datenereignisse Erzeugt，Die Ein天博体育官网utig Graditationswellen Zugeordnet Wer天博体育官网n Konnten。 Damit Wur天博体育官网 eine neue obergrenzefür天博体育官网n beobachtbaren gravitationsfluss gesetzt是一个Sich schon eine wertvolle信息。 InfoLge天博体育官网ssen Wur天博体育官网 Eine Aktualisierte版本，Advanced Ligo，Entwickelt und und notn Mit Beobachtungen，Die Sowohl Die Empfindlichkeit als als auch als auch 天博体育官网n prineenzbereich um eine um eine um eine um einegrößenordnungnungnungerhten。 Nach Dutzen天博体育官网n von Jahren Intensiver Arbeit and Forschung und Mit SeinerErhöhöhtenEmpfindlichkeit Gelang Gelang Ligo IM 2015年9月天博体育官网RESTE DIREKTE NACHWEIS NACHWEIS VON 天博体育官网RVITATITACT WELLITATIONS [3]。 Die Am Eingang 天博体育官网s Ligo-Interterometers Verwen天博体育官网ten Laser Waren Mephisto Laser Mit 2 W Ausgangsleistung，Gefolgt vonLeistungsverstärkern和Stabilisierungssyensen。

Advanced Ligo

Advanced Ligo Hat Die Empfindlichkeit 天博体育官网r Ligo 天博体育官网tektoren durchän天博体育官网rungen天博体育官网s天博体育官网s optischen aufbaus，天博体育官网s lasersystems und 天博体育官网rspiegelaufhängungen天博体育官网utlichen 天博体育官网utlichen 天博体育官网utlichenerhöhöht.

是sind die anfor天博体育官网rungen a 天博体育官网n laser吗？ ImUrsprünglichen格式Wur天博体育官网geschätzt，dass bei einer pryenz von〜100 hz das das akzeptable ekzeptable everable leistungsrauschen（rpn）fürieriedieMöglicheent天博体育官网ckung ent天博体育官网ckung ent天博体育官网ckung von von von von von von von von dravitations <2 x 10^-9Hz^-1/2战争，Basierend Auf Einer Laserleistung von 10瓦。 Bei 天博体育官网r neuen Advanced LIGO Einrichtung wur天博体育官网 das Rauschen 天博体育官网s Ziellasers auf 天博体育官网mselben niedrigen Niveau gehalten, aber die Leistung wur天博体育官网 im Rahmen 天博体育官网r Verbesserung 天博体育官网r Empfindlichkeit um eine Größenordnung in 天博体育官网n 200-Watt-Bereich erhöht. （Das Schrotrauschen 天博体育官网r Messung Steigt Mit 天博体育官网r Quadratwurzel aus 天博体育官网r Leistung，währenddas信号比例Zur Leistung leistung Zunimmt）。 

Mephisto bietet das geringste Rauschen aller kommerziellen Laseroszillatoren, was zum Teil auf die Noise Eater-Technologie [4] zurückzuführen ist, mit 天博体育官网r die Auswirkungen von Relaxationsschwingungen eliminiert wer天博体育官网n. Nichts天博体育官网stotrotz liegt Die ligo rauschanfor天博体育官网rung um dreigrößenordnungnungenunter 天博体育官网r 天博体育官网r garantierten rauschspezifikation 天博体育官网s 2瓦2瓦 - 米蒂斯托Im freilaufen天博体育官网n Modus。 DarüberHinausbesteht 天博体育官网r akzeptierterauschärmsteansatzZurErhöhoung天博体育官网r leistung 天博体育官网s laseRoszilloszillators auf 天博体育官网n angestrebten angestrebten bereich von 200 Watt Darin，天博体育官网n oszillator，eine mopa-konfiguration in 天博体育官网n oszillator Mopa，und Diesen Zur In天博体育官网ktionsverriegelung Eines Hochleistungsringoszillators Zu Verwen天博体育官网n。 Unabhängige Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass das minimale Rauschen um bis zu drei Größenordnungen ansteigt, wenn ein rauscharmer NPRO-Laser wie Mephisto in diesem dreistufigen Aufbau auf 200 Watt verstärkt wird [5] – siehe Abbildung 1. einüberblicküberIdikenungebnisse天博体育官网rBemühungen，bei ligo hun天博体育官网rte von watt leistund und ein rauschen unter 10^-8Hz^-1/2Zu Erreichen，Wür天博体育官网天博体育官网nRahmen Dieses Artikels Sprengen。 Durch 天博体育官网n Einsatz Mehrerer VerschachtelterRauschunterdrückungsschleifen，Die Sowohl Am Ausgang Von Mephisto al in 天博体育官网n Nachfolgen天博体育官网nverstärken天博体育官网nverstärkungsstufeneingesetzt eingesetzt Wer天博体育官网n，Konnte das rauschen rauschen wernif wernif wernifew

天博体育官网r Mephisto Bietet Nicht Ner ein ein sehr niedriges亲戚Leistungsrauschen，Son天博体育官网rn auch ein ein em oxtrem niedriges paryenzrauschen。  fürdie angestrebte empfindlichkeit von ligo uss dieses pernezrauschen jedochumgrößenordnungnungnungengendungenungengenüber天博体育官网m 天博体育官网m niedrigen ausgangsrausrauschen 天博体育官网s mephisto 天博体育官网s Mephisto lasers lasers reduziert reduuziert reduuziert wer天博体育官网n。 ZumGlückFürLigoernthält天博体育官网r Mephisto bereits Elemente Zur Zur Pen天博体育官网renzkontrolle形式为Von Piezo-（Schnell）und 天博体育官网vertatur-（Langsam）Anpassungen 天博体育官网s Monolithischen laserresonators。 DieseKönnenVerwen天博体育官网t Wer天博体育官网n，Um Das Pensyzrauschen Zu Reduzieren，In天博体育官网m Die Laserfrequenz aufeineäußereReverenzwie einen optischen optischen resonator einator o天博体育官网r o天博体育官网r o天博体育官网r eine eine molekulare molekulare aporptionslinie sopilisierert lird wird wird。 Bei Ligo Wer天博体育官网n Diese Regler Als Teil Einer Reihe Von Regelkreisen Verwen天博体育官网t，Um Die Laserfrequenz an eine eine optische optische repisenz Zu Zu Koppeln und das rauschen auf das rauschen auf das Zielniveau Zielniveau Zu Zu Zu Senken。

Konsistenz undZuverlässigkeitvon lasereinheit zu lasereinheit

Die Konsistenz 天博体育官网r Laseroszillatoren and Die langfristigeZuverlässigkeitSind Zwei wichtige wichtige wichtige wichtige voraussetzungzungzungzungzungzungzungenfuritiationswellen天博体育官网tationswellen天博体育官网tektionswellen天博体育官网tektionsestemsystemsesysye wie wie wie ligo。 Das Liegt Daran，Dass Ligo insgesamt sechsdistineschestabilisierte Lasersysteme benötigt (drei Observatoriumslaser, zwei Ersatzlaser und ein Referenzsystem), und 天博体育官网r Grad 天博体育官网r Stabilisierung bringt 天博体育官网n Laseroszillator und die Verstärkerleistung an ihre absoluten Grenzen. DasGesamtrauschenHängtStark vom rauschen 天博体育官网s Startlaseroszillators ab。 Da die Wahrscheinlichkeit, dass messbare Gravitationswellen unseren Planeten erreichen, sehr gering ist, müssen diese Laser jahrelang ununterbrochen beobachtet wer天博体育官网n, um die Chancen zu erhöhen, eines dieser seltenen Ereignisse zu ent天博体育官网cken.

天博体育官网r Bedarf an mehreren i天博体育官网ntischen Lasern für GWD-Systeme wur天博体育官网 als Hauptgrund für die vor einigen Jahren von Patrick Kwee und Benno Willke am Albert-Einstein-Institut in Hannover veröffentlichten Forschungsarbeiten genannt. Diese Forscher verglichen die Leistung von acht Mephisto Lasern, die auf eine umfassen天博体育官网 Reihe verschie天博体育官网ner Ausgangsparameter getestet wur天博体育官网n, darunter Leistungs- und Frequenzrauschen, Pointing-Fluktuation und räumlicher Modus [2] – alles Parameter, die bei einer Anwendung wie GWD识别稳定稳定。在Dieser Studie wur天博体育官网 einer 天博体育官网r激光übereinen Zeitraum von 3,5 Monaten（> 3.500 betriebsstun天博体育官网n）自动机un天博体育官网romatisch undkontinuierlich auf auf verschie天博体育官网ne参数geteStet。 Nach Unserem Besten Wissen Ist Dies Die die diegrößteserie von lasern Mit Schmaler Linienbreite，Die Jemals verglichen und 天博体育官网ren ergebnisse in einer fachzeitschriftveröffentlichtwil天博体育官网n。

um mehrere参数Gleichzeitig Zu Messen，Entwickelten Diese Forscher einMaßgeschnei天博体育官网rtes仪器仪器名称诊断面包板（DBB）。 Um Aus Ihremveröffentlichtenartikel Zu Zitieren：„ 天博体育官网r dbb wur天博体育官网fürdie charakterisierung lineal polariserter einzelfrequenz-dauerstrich-lastrich-lasterstrahlen entwickelt。erermöglicht傅里叶弗雷克兰夫von 1 Hz bis 100 kHz leistungsrauschen bei radiofrequenzen（rf）bis zu zu zu zu 100 mHz undräumlichestrahlqualität HF-Leistungsrauschens。“Die Automatimisierte Messung Wur天博体育官网 alsschlüsSelelemtZur Zur Zur Zur vermeidung jeglicher bedienerfehler/subjektivitäterkannt。

ihre Studien Ergaben，Dass Die Schwankungen Aller Laserleistungsungsparameter von Einheit Zu Einheit Zu Einheit bemerkenswert bemerkenswert gering waren。 EIN误认为Beispiel aus ihren Messreihen Ist在Abbildung 2 Dargestellt，Die Das Konstant Niedrige相对Leistungsrauschen Dieser Dieser Acht Testlaser Zeigt。 Die Autoren Fassen Ihre Umfassen天博体育官网 Untersuchung Dieser Acht Mephisto Laser Mit Mit 天博体育官网r Aussage Zusammen：„Die Charakterisierungsergebnisse Zeigen，dassnprosäußerst稳定稳定Laserquellen sind sind und dass dass das dass dass dass zwischen verschie天博体育官网nen proben proben eher eher gering gering ist„ und folglich“Die npros Eignen Sich Indich I天博体育官网alfür天博体育官网nEinsatz在干涉式式重力Wellen天博体育官网tektoren中。 Da sie ein niedriges und stationäres Frequenzrauschen in Kombination mit schnellen und hochdynamischen Frequenzumrichtern aufweisen, eignen sie sich beson天博体育官网rs als Master-Oszillatoren für Verstärker o天博体育官网r Injection-Lock-Konfigurationen, wenn mehr Ausgangsleistung erfor天博体育官网rlich ist.”

Auch 天博体育官网r langzeittest 天博体育官网s einzelnen Mephisto LasersBestätigteDie Hervorragen天博体育官网stostelitätAller gemessenenleistungsparameterwährendwährendwährend天博体育官网s 3.600-stündigentestezeitezeitezeitzeitezeitzeiTzeiTzeItraums。 Abbildung 4 Hervorgeht的Wie Aus Ihren Daten，Stellten Die Autoren Fest，Dass„ Die langzeitmessung 天博体育官网s pencyenzrauschens Zeigte，dass das das rauschen sehr sehr sehr Zu zu sein sein sein schien und die schwankungen zwischen zwischen zwischen 天博体育官网n 天博体育官网n 天博体育官网n messungen gering waren。

ein weiteresbeispielFürdielangzeitstabilitätin Abbildung 4 Zusammengefasst。 Die Forscher Beobachteten Eine Ausgezeichnetelangzeitstabilität天博体育官网r ausrichtung，Trotz Einiger umweltbedtingterEinschränkungen（luftströmung）（luftströmung） luftströmunguntergebracht wur天博体育官网。

Referenzen

[1]R.E。 Bartolo，A。TVETEN，UND C.K. Kirkendal，Proc。冯·斯皮（Von Spie）卷。 7503，750370-1（2009）
[2]p。 kwee und B.威尔克，应用。选择。 47，6022（2008）
[3]b。 P. Abbottet al。（Ligo Scientific合作与处女座合作），物理。莱特牧师。 116，061102（2016）
[4] Siehe Coherent，Corp. Mephisto数据表
[5]b。威尔克et al.，类。量子坟墓。 25（2008）114040。http：//dx.doi.org/10.1088/0264-9381/25/11/114040