🔬 Forschungsprojekte

1. Radio Frequency Jitter Alignment Sensing vs. WaveFront Sensing

Die präzise Ausrichtung von Lasern in optischen Resonatoren ist für die hochpräzise Laser-Interferometrie sehr wichtig. Wir berichten über ein optisches Laborexperiment mit zwei Systemen zur Ausrichtungsmessung: das klassische Wavefront Sensing (WFS), das Quadranten-Fotodetektoren (QPDs) nutzt, und das neu entwickelte Radio Frequency Jitter Alignment Sensing (RFJAS), das einen elektro-optischen Strahlablenker (EOBD) für eine schnelle Winkelmodulation verwendet.

Diese Arbeit bewertet die Leistung von RFJAS durch einen direkten Vergleich mit WFS. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Leistung von WFS durch technisches Rauschen begrenzt wird, das durch die Bewegung des Strahlflecks (Beam Spot Motion, BSM) entsteht. Dieses Rauschen wird hauptsächlich durch eine falsche Zentrierung des Strahls auf den QPDs verursacht. Im Gegensatz dazu wird RFJAS vor allem durch das restliche RF-Amplitudenrauschen begrenzt. Ein kombiniertes System aus beiden Methoden könnte der beste Ansatz für Gravitationswellendetektoren wie Advanced LIGO sein.

2. Optische Ausrichtung für Hochpräzisionssysteme

Ich untersuche eine neue Methode zur Ausrichtungsmessung für optische Resonatoren namens Radio Frequency Jitter Alignment Sensing (RFJAS). Dieses System soll zusammen mit der aktuell genutzten WaveFront Sensing-Methode arbeiten. RFJAS nutzt einen elektro-optischen Strahlablenker, um Seitenbänder höherer Ordnung (HOM) zu erzeugen. Diese Seitenbänder können mit den HOM-Signalen aus Fehlausrichtungen überlagert werden.

Durch Demodulation dieses Signals kann bei korrekter Modulationsfrequenz die vollständige Ausrichtung des optischen Resonators wiederhergestellt werden. Der Versuchsaufbau umfasst die Laserquelle, den elektro-optischen Strahlablenker, zwei Steuerspiegel (PZT1 und PZT2) und die entsprechenden Regelkreise des optischen Resonators.

3. Automatisierung des optischen Labortisches mit LabVIEW

Experimentelle Laboraufbauten erfordern die synchrone Steuerung vieler Instrumente und Hardware-Trigger. Um die Tests effizienter zu machen, habe ich LabVIEW genutzt, um das gesamte Laborexperiment zu automatisieren.

Dieses System konfiguriert die Modulations- und Demodulationsfrequenz sowie die Phasenprofile des elektro-optischen Strahlablenkers. Es steuert die Ausrichtungsparameter über externe Funktionsgeneratoren, die mit schnellen Piezo-Spiegeln verbunden sind, und speichert die Messergebnisse der Fotodioden direkt in sauberen Datensätzen ab.

4. COMSOL Multiphysics-Modellierung

Ich habe COMSOL verwendet, um elektrostatische Felder in Lithiumtantalat-Kristallen (LiTaO₃) bei verschiedenen Hochfrequenzspannungen zu simulieren. Diese Simulation zeigt die räumlichen Profile der Strahlablenkung sehr genau.

Abbildung 1 zeigt das elektrische Feld im Inneren des Kristalls aus der COMSOL-Simulation. Abbildung 2 und Abbildung 3 zeigen die elektrischen Feldlinien bei speziellen elektro-optischen Linsen (EOL), die für die Messung von optischen Moden-Fehlanpassungen entwickelt wurden.

5. Numerische Strahlverfolgung mit Zemax (Nebenprojekt)

Als Nebenprojekt zur Erweiterung meines Wissens über Laserstrukturen habe ich die Ausbreitung komplexer Gauß-Strahlen in speziellen Mehrlinsensystemen mit Zemax simuliert. Diese Modellierung half mir dabei, ein besseres physikalisches Verständnis für die Anpassung von Laborparametern, Linsenabständen und Strahlkrümmungen zu entwickeln.