Lasers

Het bestaan van een zwaartekrachtgolf kan worden waargenomen en bevestigd door het meten van de verandering van het interferentiepatroon van de twee laserstralen.

Dit maakt van de laser een van de sleuteltechnologieën voor de werking van de Einstein Telescope. De eisen voor de lasers zijn daarbij uitzonderlijk hoog. De laserbron moet een extreem smalle lijnbreedte hebben en een hoge stabiliteit. Die kwaliteiten moeten behouden blijven, ondanks dat daarnaast ook een hoog vermogen nodig is. Laserbronnen zijn al vrij courant voor een golflengte 1064 nm. Voor de ET moeten nieuwe lasers worden ontwikkeld die werken bij golflengtes van ongeveer 1550 nm of 2090 nm.

Ter vergelijking: het menselijk oog is gevoelig voor golflengtes van 380 nm (violet) tot 780 nm (rood), met een maximale gevoeligheid voor 550 nm (geelgroen). Het laserlicht van de ET ligt dus in het infrarode gebied, en is niet zichtbaar voor de mens.

Lasers die gebruikt worden in Gravitational Wave Detectors (GWD, of zwaartekrachtgolfdetectoren) gebruiken golflengten van 1064 nm en 1550 nm. Glasvezellasers voor 2090 nm zijn weliswaar commercieel beschikbaar, maar de lijnbreedtes en laserfrequentiestabiliteit zijn nog niet voldoende voor gebruik in de Einstein Telescope, en al zeker niet bij de hoge vermogens van 700W. Daarom zal er meer onderzoek nodig zijn.

In het huidige ontwerp wordt een op een kristal gebaseerde oscillator seeder gebruikt voor de generatie van de laserstraling met smalle lijnbreedte. De laserstraal wordt vervolgens versterkt met een tweetraps holmium gedopeerde glasvezelversterker. Momenteel wordt onderzocht hoe het vermogen verder kan opgepompt worden met behulp van met thulium gedopeerde glasvezellasers.

Het te ontwikkelen lasersysteem zal de primaire straalbron van de interferometer worden. De laserstraal zal gegenereerd worden met een op een kristal gebaseerde oscillator seeder. De verdere versterking van het laserlicht moet gebeuren met een tweetraps glasvezelversterker, waarvoor de ontwikkeling op dit ogenblik bezig is.

Het laserbron moet voldoen aan de volgende specificaties.

• Stralingsbron met een uitgangsvermogen groter dan 5W.
• Beoogde golflengte van 2090 nm.
• Smalle lijnbreedte.
• Lineair gepolariseerd.
• Een zeer klein diffractieverlies (TEM₀₀) van de laserstraal.
• Hoge vermogensstabiliteit.
• Hoge frequentiestabiliteit.

Voor het pompen van deze laserstraalbron zal een andere straalbron worden ontwikkeld met de volgende parameters:

• Stralingsbron met een uitgangsvermogen van meer dan 25 W.
• Beoogde golflengte van ongeveer 1950 nm.
• Lineair gepolariseerd.
• Een zeer klein diffractieverlies (TEM₀₀) van de laserstraal.
• Hoge vermogensstabiliteit.
• Hoge frequentiestabiliteit.

Na voltooiing zullen de nieuwe lasers ongeëvenaarde vermogensstabiliteit, straalkwaliteit en lijnbreedtes hebben bij de nieuwe golflengtes.

Sensors

De nieuwe lasers kunnen worden gebruikt voor LIDAR-toepassingen, zoals afstandssensoren voor autonoom rijden in de nieuwe mobiliteit. Het menselijk oog is niet gevoelig voor de laserfrequentie, wat voorkomt dat men verblind wordt bij gebruik voor autonoom rijden. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen bij welke specifieke weersomstandigheden (regen, sneeuw) de nieuwe sensoren bruikbaar zijn.

Medische apparaten

De frequentie van de benodigde laser kan worden gebruikt voor tal van medische toepassingsgebieden, zoals chirurgie en urologie.

Gasdetectie

Verschillende gassen (bijvoorbeeld CO₂) hebben absorptielijnen in het golflengtebereik van 2 µm. Lasers met een lage lijnbreedte kunnen daarom worden gebruikt voor de detectie van deze gassen.