Ein Lasersystem für Experimente mit Quantengasen unter Schwerelosigkeit

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Bereits Galilei untersuchte, ob verschiedene frei fallende Körper im Schwerefeld der Erde gleich stark beschleunigt werden. Diese Universalität des freien Falls wurde seither immer präziser experimentell untersucht. Quantenmechanische Messmethoden, die auf Materiewelleninterferometrie basieren, bieten einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Messgenauigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem für ein Experiment entwickelt, das erstmals Zwei-Spezies-Atominterferometrie in Mikrogravitation demonstrieren soll. Das Lasersystem wurde so konzipiert, dass es die funktionalen Anforderungen erfüllt und auf dem Katapult des Bremer Fallturms eingesetzt werden kann, mit Spezifikationen von Volumen < 44 l und Masse < 35 kg, sofort voll funktionsfähig nach 30 g Beschleunigung. Der qualifizierte Teil des Lasersystems wird routinemäßig am Fallturm eingesetzt. Es wurden kompakte, robuste Diodenlasermodule entwickelt, die Ausgangsleistungen von bis zu 3,7 W auf einer Grundfläche von nur 10 mm x 50 mm liefern. Bei einem Arbeitspunkt von 1 W besitzen die Strahlquellen Linienbreiten von 100 kHz (Lorentz) bzw. 1 MHz (-3 dB, 10 µs). Zur Charakterisierung des Frequenzrauschens freilaufender Laser wurde ein spezielles Messverfahren entwickelt. Diese Fortschritte sind entscheidend für die Demonstration eines Zwei-Spezies-Atominterferometers in Mikrogravitation und einen Test der Universalität des freien Falls mit Quantengasen unter Schwerelos