ULE-Cavity-Access

Ausgangssituation / Motivation

Fortschritte in der Materiewelleninterferometrie und in der Quantenoptomechanik versprechen neuartige Tests der Grundlagen der Physik an der Schnittstelle zwischen Gravitations- und Quantenphysik zu ermöglichen. Da erdbasierte Tests dieser Art schon bald an prinzipielle Grenzen stoßen könnten, schlägt das Missionsproposal MAQRO vor, die einzigartige Umgebung des Weltraums und Fortschritte in der Weltraumtechnologie zu verwenden um diese Hindernisse zu überwinden.

Inhalte und Zielsetzungen

Um diese Mission zu verwirklichen, müssen einige Kerntechnologien weiterentwickelt werden. Zum Beispiel ist ein zentraler Bauteil von MAQRO ein optischer Spiegelhohlraum (Cavity) sehr hoher Güte (high finesse) mit gutem optischem Zugang. Diese Cavity soll bei MAQRO auf einer optischen Bank außerhalb des Raumfahrzeugs in kryogener Umgebung angebracht sein.

Methodische Vorgehensweise

In dem Vorläuferprojekt MAQROsteps konnten wir zeigen, dass es möglich ist, mithilfe weltraumtauglicher Kleber einen thermal stabilen Cavity-Aufbau zu kleben, die man für Weltraumexperimente verwenden könnte. Allerdings wurde dies nur bei Raumtemperatur gezeigt.

Um eine stabil geklebte Cavity für kryogene Umgebungen im Weltraum zu realisieren, muss man noch einigen Herausforderungen begegnen:

• Strahlen auf der optischen Bank von MAQRO können nicht mehr justiert werden - sie müssen stabil von Glasfasern in die Cavity und wieder zurück gekoppelt werden.
• die ursprüngliche Justage der optischen Elemente wird bei Raumtemperatur geschehen aber soll später bei kryogenen Temperaturen funktionieren.
• die weltraumtaugliche Klebetechnologie, die verwendet werden soll, wurde noch nicht bei kryogenen Temperaturen getestet.

Erwartete Ergebnisse

Im vorgeschlagenen Projekt, ULE-Cavity-Access, wollen wir uns diesen Herausforderungen stellen. Wir werden Cavity-Designs entwickeln, bei denen Licht direkt von Fasern in die Cavity und wieder zurück gekoppelt wird. Wir werden diese Designs auch bei kryogenen Temperaturen testen, und wir werden in thermalen Simulationen untersuchen, wie sich die optische Bank von MAQRO beim Abkühlen verhält und das Design der Bank gegebenenfalls optimieren.

Unsere Ergebnisse werden den TRL zentraler Elemente von MAQRO, den TRL von Klebetechnologie für optische Elemente, und jenen von high-finesse optischen Cavities mit gutem optischem Zugang für Weltraumanwendungen im Allgemeinen erhöhen.

Projektleitung

Österreichische Akademie der Wissenschaften

Österreichische Akademie der Wissenschaften
Dr. Rainer Kaltenbaek
Boltzmanngasse 3
A-1090 Wien