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Pumpkopfdesign fur den Advanced LIGO* Laser (*LIGO = Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory)

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Hohe Laserleistungen im Dauerstrichbetrieb bei gleichzeitig guter Strahlqualitat, kleinen Linienbreiten und geringem Leistungs- und Frequenzrauschen sind die Anforderungen an Lasersysteme, die in Gravitationswellendetektoren eingesetzt werden sollen, die nach dem Prinzip eines Michelson-Interferometers arbeiten. In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen vorgestellt, mit denen das Laserkonzept fur den Gravitationswellendetektor LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) weiter entwickelt wurde. In seiner aktuellen Ausbaustufe soll das LIGO Lasersystem um einen injektionsgekoppelten Hochleistungsoszillator erganzt werden, mit dessen Hilfe die Laserleistung von 35 W auf 165 W skaliert werden soll. Die Komplexitat dieses Oszillators erlaubt nur bedingt eine genaue Untersuchung seiner Limitierungen in Ausgangsleistung und Strahlprofil. Daher wurde das System fur die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente stark vereinfacht, lasst aber trotzdem Ruckschlusse auf das LIGO-Lasersystem zu. Es wird ein asymmetrischer Stehwellenresonator verwendet, der aus zwei sich gegenuber stehenden, longitudinal gepumpten Kristallen besteht. Zwischen den Kristallen befindet sich eine Doppelbrechungskompensation, die aus einer 4f-Abbildung und ein 90° Quarzrotator besteht. Der Einfluss von Anderungen der Resonatorgeometrie, der Pumplichtverteilung innerhalb des Lasermediums und des Lasermediums selbst auf das Laserverhalten werden separat betrachtet. Das Konzept dynamisch stabiler Resonatoren erlaubt die Selektion der transversalen Grundmode uber die Wahl der optimalen Resonatorarmlangen. Die Wahl wird von thermo-optischen Effekten beeinflusst, wie sie in dieser Arbeit mit Hilfe unterschiedlicher Methoden charakterisiert werden. Durch die Pumplichtverteilung im Laserkristall kann das Anschwingen unterschiedlicher Moden kontrolliert und die Effizienz optimiert werden. Bei einer sehr guten Strahlqualitat des Pumplichtes konnen sich jedoch durch die Konzentration des Pumplichtes in der Nahe der Kristallachse thermo-optische Effekte verstarken. Es wird untersucht, wie Effizienz, Strahlqualitat und Ausgangsleistung von der Pumplichtverteilung im Laserkristall abhangen. Verschiedene Moglichkeiten, Kristalle hinsichtlich ihrer Dotierung zu charakterisieren, werden vorgestellt. Mit dem Ziel, einen Kristalltyp vorzuschlagen, der moglichst effizient eingesetzt werden kann, werden unterschiedliche Kristalldesigns untersucht. Ausgangspunkt sind mit 0,1 at.% dotierte Kristalle, die fur einen Pumplicht-Doppeldurchgang ausgelegt sind. Vergleichend werden Kristalle evaluiert, die aus Segmenten unterschiedlicher Dotierung bestehen und damit niedrigere longitudinale Temperaturgradienten aufweisen. Hoher dotierte Kristalle, die abseits des gepumpt werden, bieten Vorteile hinsichtlich einer reproduzierbareren Kristallqualitat. Mit der Dotierung andern sich jedoch die Pumplichtanteile, die in Warme, Fluoreszenz und stimulierte Emission ubergehen. Dieser Zusammenhang wird in Rahmen der Arbeit analysiert. Die Depolarisation linear polarisierter Laserstrahlung kann in gepumpten Kristallen, die in [110]- oder [100]-Richtung geschnittenen sind, reduziert werden. Ein volliger Verzicht auf eine Doppelbrechungskompensation fuhrt jedoch zu schlechteren Ergebnissen, als die Verwendung von in der ublichen [111]-Richtung geschnittenen Kristallen mit Doppelbrechungskompensation. Die in dieser Arbeit durchgefuhrten Untersuchungen haben Einfluss auf die Entwicklung und das Verstandnis des LIGO-Oszillator genommen, so dass in die amerikanischen Gravitationswellendetektoren ein ausgereiftes Lasersystem integriert werden konnte.


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Product Details
  • ISBN-13: 9783869559674
  • Binding: Paperback
  • Language: German
  • Width: 138 mm
  • ISBN-10: 3869559675
  • Height: 210 mm
  • Weight: 9 gr

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