Grenzen bei interferometrischen Messungen erkunden
Die Interferometrie kommt weithin bei der Messung kleiner Verschiebungen mit sehr hohen Empfindlichkeitswerten zum Einsatz. Doch selbst wenn sämtliche klassischen Fehlerquellen aus dem Messprozess eliminiert wurden, begrenzt das Quantenrauschen die Empfindlichkeiten des Gravitationswellen- oder Tischinterferometers. Zum Zweck der weiteren Untersuchung dieses Phänomens entwickelte das EU-finanzierte Projekt "Quantum optics with optomechanical systems" (QOOMS) einen optomechanischen Resonator, bei dem das Quantenstrahlungsdruckrauschen (Quantum Radiation Pressure Noise, QRPN) gegenüber dem thermischen Rauschen überwiegt. Die stark reflektierenden Spiegelflächen des Resonators ließen eine hohe optische Finesse zu und erhöhten die intrakavitären Intensitätsschwankungen, die das Quantenstrahlungsdruckrauschen entstehen lassen. Die Wissenschaftler verwendeten einen Aufbau, bei dem Korrelationen zwischen zwei Lichtstrahlen erzeugt und in eine optische Fabry-Perot-Kavität von hoher Finesse gesandt wurden. Die Überwachung der Korrelationen zwischen der Intensität des ersten Strahls und der Phase des Messstrahls ermöglichte ihnen die Demonstration der QRPN-Effekte. Da die Messungen offensichtlich verunreinigt waren, betrieben die Wissenschaftler die Kavität in einem Kryostaten, wodurch das thermische Rauschen um zwei Größenordnungen reduziert wurde. QOOMS entwickelte überdies einen mikromechanischen Quarzresonator und integrierte ihn in den Aufbau. Zur Beschichtung der hochreflektierenden Spiegel auf der Oberseite des Resonators wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Die durch derartige verlustarmen Beschichtungen bereitgestellte hohe optische Finesse erhöhte sowohl die Verschiebungsempfindlichkeit als auch die QRPN-Effekte auf dramatische Weise. Die Projektarbeit verbesserte maßgeblich das Wissen über das Quantenrauschen in interferometrischen Messungen.
Schlüsselbegriffe
Radiation pressure, laser, matter interaction, interferometry, quantum noise, gravitational wave, quantum optics, optomechanical resonator, quantum radiation pressure noise, thermal noise, optical finesse, Fabry-Perot cavity, displacement sensitivity
