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Ein quantenmechanisches Modell für das thermische Rauschen

Werner Gustav Otto Gans

Published Jan 1, 1981• 0 citations
Publisher
DOI
10.3929/ethz-a-000238286

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Strahlungsdruckrauschen, thermisches Rauschen, Standard Quanten Limit der Interferometrie In modernen Experimenten zum interferometrischen Nachweis von Gravitationswellen ist die Frage nach den grundlegenden Grenzen einer interferometrischen La ¨ngenbestimmung von sehr großer Bedeutung.Die Ursache dieser Begrenzung ist zum einen das thermische Rauschen der optischen Komponenten im Interferometer, welches fu ¨r den Fall sehr kleiner Temperaturen gegen das durch die HEISENBERGsche Unscha ¨rferelation gegebene Quantenrauschen geht.Eine weitere Grenze wird durch die Effekte der Photonenstatistik gegeben.Diese erzeugt einerseits durch das Rauschen des Nachweisprozesses eine scheinbare La ¨ngena ¨nderung des Interferometers, andererseits u ¨bertra ¨gt sich die Photonenstatistik des Lichts durch den Impulsu ¨bertrag auf das Positionsrauschen der Spiegel.Da diese beiden Rauschprozesse in verschiedener Art von der Lichtleistung im Interferometer abha ¨ngen, existiert eine optimale Leistung fu ¨r den Betrieb eines Interferometers.Dabei muß die Korrelation der beiden Rauschprozesse, die durch die Bewegung des Spiegels hervorgerufen wird, beru ¨cksichtigt werden.Zur theoretischen Betrachtung des Problems wurde eine alternative Formulierung des Standard Quanten Limits verwendet, die es erlaubt, die Orts-und Impulsunscha ¨rfen der optischen Komponenten spektral aufgelo ¨st darzustellen.Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde ein Experiment zur Untersuchung des Strahlungsdruckrauschens und des thermischen Rauschens konzipiert und aufgebaut.Zentraler Bestandteil des Experimentes ist ein FABRY-PEROT-Resonator hoher Finesse, der aus zwei monolithisch aufgeha ¨ngten Spiegeln besteht.Zur seismischen Isolation sind die Spiegel an einem System von Mehrfachpendeln und seismischen Vorisolatoren befestigt.Der Nachweis der La ¨ngena ¨nderung des Resonators erfolgte u ¨ber das POUND-DREVER-HALL-Verfahren.MIt Hilfe eines Simulationsprogrammes wurden die Parameter des Resonators, der Spiegel und der Aufha ¨ngung bezu ¨glich der Empfindlichkeit des Experimentes auf Strahi B. POUND-DREVER

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