Frekvensstabile lasersystemer til rummet

JOKARUS eksperiment med raketsonde gennemført med succes. Hjørnesten til laserafstandsmålinger med den højeste præcision og forløber for optiske satellitnavigationssystemer.

For første gang blev en frekvensreference baseret på molekylært jod med succes demonstreret i rummet! Det, der lyder lidt som science fiction, er et vigtigt skridt mod laserinterferometriske afstandsmålinger mellem satellitter såvel som for fremtidige globale navigationssatellitsystemer baseret på optiske teknologier. Frekvensreferencetestene blev udført den 13. maj om bord på sonderaketten TEXUS54. Midtpunktet i nyttelasten, et kompakt lasersystem, som primært blev udviklet af HU Berlin og Ferdinand-Braun-Institutet, demonstreret sin egnethed til rummet.

I JOKARUS-eksperimentet (tysk akronym for jodkamresonator under vægtløshed), en aktiv optisk frekvensreference baseret på molekylært jod blev kvalificeret for første gang i rummet. Resultaterne er en vigtig milepæl i retning af at bruge optiske ure i rummet. Sådanne ure er påkrævet, blandt andet, til satellitbaserede navigationssystemer, der leverer data til nøjagtig positionering. De er lige så vigtige for grundlæggende fysikforskning, såsom detektion af gravitationsbølger og målinger af jordens gravitationsfelt.

Eksperimentet demonstrerede den fuldt automatiserede frekvensstabilisering af en frekvens-doblet 1064nm diodelaser med udvidet hulrum (ECDL) på en molekylær overgang i jod. Takket være integreret software og algoritmer, lasersystemet fungerede helt selvstændigt. For sammenligningens skyld, en frekvensmåling med en optisk frekvenskam i det separate FOKUSII-eksperiment blev udført under samme rumflyvning.

Omfattende knowhow bag det kompakte diodelasersystem

JOKARUS nyttelasten blev udviklet og implementeret under ledelse af Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) som en del af Joint Lab Laser Metrology. Laboratoriet, som i fællesskab drives af Ferdinand-Braun-Institut (FBH) og HU Berlin, kombinerer knowhow fra begge institutioner inden for diodelasersystemer til rumapplikationer. Et kvasi-monolitisk spektroskopimodul blev leveret af universitetet i Bremen, betjeningselektronikken kom fra Menlo Systems.

Lasersystemets midtpunkt er en mikro-integreret ECDL MOPA, der blev udviklet og implementeret af FBH, med en ECDL, der fungerer som lokaloscillator (masteroscillator, MO) og en ridge waveguide halvlederforstærker som effektforstærker (PA). 1064nm diodelasermodulet er fuldstændig indkapslet i en 125 x 75 x 22,5 mm lille pakke og leverer en optisk effekt på 570mW inden for linjebredden af ​​den fritløbende laser på 26kHz (FWHM, 1ms måletid). Ved hjælp af en polarisationsvedligeholdelse, optisk single-mode fiber, laserlyset opdeles først i to baner, moduleret, frekvens-doblet og behandlet til Doppler-fri mætningspektroskopi. Teknologiudviklingen inden for JOKARUS er finansieret af German Aerospace Center (DLR) og bygger på det tidligere FOKUS, FOKUS omflyvning, KALEXUS og MAIUS missioner.