Aachener Laserbauer auf der Suche nach unsichtbaren Gravitationswellen

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen arbeiten an dem Laser, der das Herzstück des Einstein Teleskops bildet.

Der Laserspezialist Patrick Baer und die Laserspezialistin Melina Reiter (ILT, Aachen) arbeiten an einer möglichen Lösung für die Laser des Einstein Teleskops. Auch wenn die gesuchten Gravitationswellen selbst unsichtbar sind, braucht man Licht, um sie aufzuspüren – Laserlicht, um genau zu sein. Denn das fächert sich nicht auf wie die Taschenlampe Ihres Handys. Ein Laser bleibt in einem engen Strahl zusammen, ohne schwächer zu werden. Die Forschenden wollen Laser in den zehn Kilometer langen Tunneln des Einstein Teleskops hin- und herbewegen, um winzige Veränderungen im Abstand zwischen den Detektoren an den Eckpunkten zu erkennen.

Von Beginn ihres Projekts an beziehen Baer und Reiter Unternehmen ein und suchen nach Spin-offs: „Zu dieser speziellen Wellenlänge und Technologie wurden noch keine Studien durchgeführt. Wenn wir unsere Ergebnisse veröffentlichen, erwarten wir daher großes Interesse von Akteuren außerhalb der Grundlagenforschung“, sagt Baer.

Wie sind Sie zur Laserforschung gekommen?

MR: „Vor ein paar Jahren habe ich mich ganz bewusst als studentische Hilfskraft beim Fraunhofer-Institut beworben. Ich hatte zuvor noch nie ein Labor von innen gesehen und dachte, es wäre interessant, mein theoretisches Wissen in die Praxis umzusetzen. Wir nutzen zum Beispiel Computermodelle, um die Leistung unseres Lasersystems vorherzusagen, und überprüfen dies im Labor mit den echten Komponenten.“

PB: „Im Physikstudium interessierte ich mich immer für direkt anwendbare Forschung. Die Mission der Fraunhofer-Institute ist es, Technologien aus Hochschulen und Forschungseinrichtungen weiterzuentwickeln und in die Industrie zu bringen sowie Spin-offs voranzutreiben. Das passte perfekt zu mir.“

Wie anspruchsvoll ist der Laser für das Einstein Teleskop?

PB: „Wir brauchen einen Laserstrahl, der viel Leistung hat und gleichzeitig in allen Bereichen – wie Intensität, Polarisation und Richtung – sehr stabil ist. Zwar gibt es bereits Technologie mit diesen Spezifikationen, jedoch hauptsächlich bei einer Wellenlänge von einem Mikrometer. Das allerdings ist ungünstig, weil dies nicht von den Siliziumspiegeln des Einstein Teleskops reflektiert wird. Wir mussten also von Grund auf einen neuen Laser bauen, der im Bereich von zwei Mikrometern arbeitet.“

MR: „Die von uns gewählte Technologie ist ein Faserlaser auf Glasfaserbasis. Diese können unterschiedliche Wellenlängen des Lichts erzeugen und verstärken, je nachdem, welche Materialien als Dotierung in die Glasfaser gemischt wurden. Unser System verwendet Holmium. Manchmal war es eine ziemliche Herausforderung, die richtigen Komponenten dafür zu finden, doch jetzt funktioniert das Grundsystem. Und wir freuen uns darauf, es in der ETpathfinder-Anlage in Maastricht zu testen.“

Dieser Laser ist eine Spezialanfertigung für das Einstein Teleskop. Erwarten Sie auch Interesse von Unternehmen an dieser Technologie?

MR: „Ja, in der Tat! Nachdem wir nun gezeigt haben, dass man Hochleistungslaser mit dieser neuen Wellenlänge herstellen kann, ergeben sich schnell Anwendungen in der Metrologie oder Quantentechnologie. Diese Bereiche sind vielleicht an etwas anderen Laserparametern interessiert, die grundlegende Technologie hat sich allerdings inzwischen bewährt.“

Was macht die Arbeit am Einstein Teleskop so spannend?

PB: „Es ist fantastisch, an dieser anspruchsvollen Technologie zu arbeiten – mit der Aussicht, dass sie im Einstein Teleskop eingesetzt werden könnte. Vor allem, wenn wir Unternehmen dazu bringen können, mit uns zusammenzuarbeiten, um das System weiter zu verbessern. Mein Herz hängt an dieser Technologie und daran, Unternehmen in diese Technologie einzubinden. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um alle auf die Entwicklung von Technologien für das Einstein Teleskop vorzubereiten, aber auch um Spin-offs zu fördern.“

MR: „Abgesehen von der technischen Herausforderung und der Vorstellung, dass wir einen Beitrag zu einer solchen internationalen Forschungseinrichtung für astrophysikalische Forschung leisten? Die Regionalität dieses Projekts. Ich finde die Idee spannend, dass wir in ein paar Jahren mit unseren Familien hier durch die Anhöhen fahren und ihnen erklären können, dass unsere Arbeit darin besteht, die Sterne aus dem Untergrund zu betrachten.“