Aufbau eines langzeitstabilen optischen Resonators

Abstract

In der Raumfahrt werden für eine Vielzahl von Satellitenmissionen Frequenzreferenzen benötigt. Die Einsatzgebiete reichen von der Positionsbestimmung und Datenkommunikation, bis zu der Bestätigung der fundamentalen Physik. In den letzten Jahrzehnten durchliefen die Frequenzreferenzen eine starke Entwicklung, bei der seit einigen Jahren optische Frequenzreferenzen an immer größerer Bedeutung gewinnen. Im Rahmen der BOOST-Mission zur Realisierung eines weltraumfähigen Kennedy-Thorndike Experiments, wird in dieser Arbeit ein optischer Frequenzstandard auf der Basis eines optischen Resonators realisiert. Das Kennedy-Thorndike Experiment hat die Untersuchung der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit zum Ziel und stellt hohe Anforderungen an die Frequenzstabilität des Experiments. Der im Allgemeinen für seine Kurzzeitstabilität bekannte makroskopische optische Resonator soll, für die Dauer eines Umlaufs in einem erdnahen Orbit (90 min), nur durch thermisches Rauschen, verursacht durch Brownsche-Molekularbewegungen, limitiert werden. Diese Arbeit behandelt die Spezifikationen des experimentellen Aufbaus, die nötig sind, um einen optischen Resonator mit diesen Vorgaben zu realisieren. Der experimentelle Aufbau wird umgesetzt und die einzelnen Teilsysteme charakterisiert. Eine Messung der Frequenzstabilität des Experiments, mit einer Methode, bei der zwei Laser auf denselben optischen Weg stabilisiert werden, liefert eine relative Frequenzstabilität von �(� = 5400 s) = 9 × 10−15. Mögliche Rauschquellen der Messung werden im Anschluss analysiert.