Rauscharme kristalline Spiegel für Präzisionsmetrologie

Die Leistungsfähigkeit und die Auflösung von Präzisions-Interferometern hängen entscheidend von der mechanischen Dämpfung in den Endspiegeln der eingesetzten Kavitäten ab. Solche Präzisions- Interferometer werden für eine Reihe von Messanwendungen wie Detektion von Gravitationswellen, Quanten-Optomechanik, hochpräzise Messungen von Naturkonstanten und Tests der Quantenphysik benötigt und in technischen Anwendungen wie Atomuhren eingesetzt. Die üblicherweise eingesetzten optischen Beschichtungen auf der Basis von Ta2O5/SiO2 erlauben zwar sehr hohe Reflektivitäten, sind aber verlustbehaftet und tragen daher wesentlich zum Rauschen in optischen Systemen bei. Einkristalline Bragg-Spiegel auf der Basis von AlGaAs-Vielschichtstrukturen haben gezeigt, dass dieses Materialsystem äußerst vielversprechend ist. Es bietet geringes Phasenrauschen und könnte daher die existierenden Schichtsysteme für Hochpräzisions-Interferometry ablösen. Wir werden die Grenzen dieses Materialsystems in Bezug auf optische und mechanische Verluste ausloten. Darüber hinaus werden wir einen Transferprozess entwickeln und untersuchen, mit denen sich solche einkristallinen Spiegel auf Saphirträger transferieren und auflaminieren lassen. Dies schließt die Möglichkeit gekrümmter Spiegel ein. Durch Reduktion der mechanischen Dämpfung gegenüber Ta2O5/SiO2 Vielfachschichten erwarten wir, dass wir optische Kavitäten mit Rekordwerten in Hinblick das thermische Rauschen werden demonstrieren und für Präzisionsmessungen verfügbar machen können.

Die Leistungsfähigkeit und die Auflösung von Präzisions-Interferometern hängen entscheidend von der mechanischen Dämpfung in den Endspiegeln der eingesetzten Kavitäten ab. Solche Präzisions-Interferometer werden für eine Reihe von Messanwendungen wie Detektion von Gravitationswellen, Quanten-Optomechanik, hochpräzise Messungen von Naturkonstanten und Tests der Quantenphysik benötigt und in technischen Anwendungen wie Atomuhren einge-setzt. Die üblicherweise eingesetzten optischen Beschichtungen auf der Basis von Ta2O5/SiO2 erlauben zwar sehr hohe Reflektivitäten, sind aber verlustbehaftet und tragen daher wesentlich zum Rauschen in optischen Systemen bei. Einkristalline Bragg-Spiegel auf der Basis von Al-GaAs-Vielschichtstrukturen haben gezeigt, dass dieses Materialsystem äußerst vielversprechend ist. Es bietet geringes Phasenrauschen und könnte daher die existierenden Schichtsysteme für Hochpräzisions-Interferometrie ablösen. Im Projekt wurden Grenzen dieses Materialsystems in Bezug auf optische und mechanische Verluste ausgelotet. Durch Transferprozesse, die ebenfalls untersucht wurden, lassen sich solche einkristallinen Spiegel auf Saphirträger transferieren und auflaminieren, wodurch gekrümmte Spiegel ermöglicht werden. Wir konnten die erwartete Reduktion der mechanischen Dämpfung gegenüber Ta2O5/SiO2 Vielfachschichten zeigen und damit neue Rekordwerte im Hinblick auf thermisches Rauschen bei interferometrischen Präzisionsmessungen erreichen. Einige der Entwicklungen wurden mittlerweile kommerzialisiert.