B06 - Optisch gesteuerte Drehwaagen als rauscharme Testplattform

Das zugrundeliegende Prinzip von Satellitenmissionen in der Gravitationsphysik ist die Erfassung der rein schwerkraftbedingten Bewegung von frei schwebenden Testmassen. Diese Testmassen müssen sorgfältig vor allen nicht-gravitativen Kräften geschützt werden, z. B. elektrostatischen Oberflächeneffekten, Magnetfeldern und Gasdämpfungskräften. Um Sensorsysteme, die frei von solchen Störungen sind, zu entwickeln, ist die Messung der verbleibenden Störkräfte unerlässlich. Der bevorzugte experimentelle Ansatz zur Messung solch winziger Kräfte auf der Erde sind Torsionswaagen. 

© Moritz Mehmet
Links: Aufnahme installierten Torsionswaage im HITec Labor. Die Vakuumkammer ist auf einer Tragkonstruktion montiert, die eine starre Verbindung des Zubehörs ermöglicht. Das Hochvakuum wird mit Hilfe einer unten angeschlossenen Turbopumpe erreicht. Rechts: Blick in die Vakuumkammer. Das Trägheitsglied ist eine Aluminium-Querbalkenstruktur, die an einer 1,5 m langen Faser aus Wolfram aufgehängt ist.

Im Rahmen des Projektes B06 realsieren wir eine Torsionswaage, mit dem Ziel, Laserinterferometrie als primäre Auslesetechnik zu etablieren, um die Ausleseempfindlichkeit, Stabilität und Regelung einer solchen Apparatur zu verbessern. Das Hauptziel von Projekt B06 ist es, die Torsionswaage als zuverlässigen, hochpräzisen Prüfstand mit einer Empfindlichkeit von 10^13 bis 10^14m/s2/sqrt(Hz) bei mHz-Frequenzen für die Messung sehr kleiner Kräfte und Beschleunigungen zu etablieren. Anstelle der üblicherweise verwendeten kapazitiven Auslesung und handelsüblichen Sensorik werden wir optimierte, hochpräzise Laserinterferometer und rauscharme Elektronik einsetzen, um sowohl die Testmassenbewegung als auch die zugehörigen Pendelschwingungen auszulesen. Kompakte und vakuumtaugliche, laserbasierte Sensoren sollen so angepasst werden, dass sie in der Anlage implementiert werden können, um die erforderlichen Steuersignale zur aktiven Stabilisierung der gesamten Versuchsplattform zu ermöglichen. Unsere Torsionswaage ist die geeignete Umgebung für die Durchführung von Leistungstests der im Projekt "Compact Multichannel Optical Test Mass Sensing" (B05) entwickelten mehrkanaligen, interferometrischen Gradiometerkonzepte. 

FORSCHUNGSZIELE VON B06 - OPTISCH GESTEUERTE DREHWAAGEN ALS RAUSCHARME TESTPLATTFORM

  1. Entwicklung neuartiger interferometrischer und optomechanischer Sensoren zur Verbesserung der Erfassungs- und Steuerungsmöglichkeiten von Torsionswaagen, die es ermöglichen, zentrale Komponenten zukünftiger Satelliten-Schwerkraftmissionen zu untersuchen
  2. Etablierung der laserinterferometrischen Abtastung als primäre Auslesetechnik für eine Torsionswaage
  3. Entwicklung eines Prüfstandes mit geeigneter Empfindlichkeit, um Testmassen der nächsten Generation mit optischer Abtastung zu entwickeln und zu testen

BETEILIGTE WISSENSCHAFTLERINNEN UND WISSENSCHAFTLER

Projektleitung

Prof. Dr. Karsten Danzmann
Prof. Dr. Karsten Danzmann
Dr. Moritz Mehmet
Dr. Moritz Mehmet