Los investigadores han anunciado un prototipo para un láser en el corazón del primer observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, conocido como la misión de Antena Espacial de Interferómetro Láser LISA. El nuevo láser del equipo casi cumple con los estrictos requisitos descritos para la instrumentación de LISA, lo que representaun paso importante para llevar a buen término el ambicioso programa de observación.
"Qué desafío tan motivador fue realizar un sistema láser con prestaciones de última generación, capaz de cumplir con los estrictos requisitos de fiabilidad de una misión espacial", dijo Steve Lecomte con la firma de investigación suiza CSEM, que presentarádetalles del rendimiento del prototipo en el Congreso de láser 2019 de The Optical Society OSA, celebrado del 29 de septiembre al 3 de octubre en Viena, Austria.
LISA complementará los detectores de ondas gravitacionales terrestres, como el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser LIGO financiado por la National Science Science Foundation NSF, mediante el despliegue de un sistema de detección de ondas gravitacionales en el espacio. En 2016, NSF anunció queLIGO había hecho las primeras observaciones directas de ondas gravitacionales, ondas en la estructura del espacio y el tiempo que fueron predichas por Albert Einstein 100 años antes en su teoría general de la relatividad.
Tanto los observatorios LIGO como LISA se basan en láseres para detectar ondas gravitacionales. Además de la precisión y confiabilidad requeridas para cualquier detector de ondas gravitacionales, el láser a bordo de la misión LISA debe cumplir con criterios adicionales para garantizar que sea adecuado para el uso a largo plazoen el espacio.
LISA está dirigida por la Agencia Espacial Europea ESA en colaboración con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio NASA de EE. UU.
Requisitos exactos para mediciones precisas
LISA, programado para lanzarse a principios de la década de 2030, consistirá en tres naves espaciales dispuestas en un triángulo de millones de kilómetros de diámetro. La nave espacial transmitirá rayos láser de un lado a otro y combinará sus señales para encontrar evidencia de ondas gravitacionales.
La multitud de componentes dentro del sistema LISA debe funcionar perfectamente individualmente y juntos para que la misión tenga éxito. Por su parte, el láser debe cumplir con estándares exigentes en términos de potencia de salida, longitud de onda, ruido, estabilidad, pureza y otros parámetros.
Los investigadores desarrollaron un láser que cumple con casi todos los requisitos descritos por la ESA y la NASA. Todos los componentes ópticos y electrónicos del sistema láser son compatibles con el entorno espacial o se basan en tecnologías para las que hay componentes de grado espacial disponibles.
El sistema comienza con un láser de semillas, el primer láser bloqueado de autoinyección empaquetado que se realiza a la longitud de onda especificada por la misión de 1064 nanómetros. La luz emitida por el láser de semillas se inyecta en un amplificador de fibra dopado con Yb bombeado por el núcleoYDFA, que aumenta la potencia promedio de 12 a 46 milivatios. Una fracción de la luz amplificada se dirige a una cavidad de referencia óptica, lo que mejora la pureza espectral y la estabilidad del láser en órdenes de magnitud.
La parte principal de la luz luego cruza un modulador de fase, que agrega características que permitirán a la misión comparar señales a través de las tres naves espaciales a través de un proceso conocido como interferometría. Finalmente, un segundo YDFA bombeado por núcleo y un doble revestimientoEl área de modo grande YDFA amplifica la señal a casi 3 vatios. Los componentes adicionales ayudan a estabilizar la potencia de salida.
Confirmación de rendimiento
El equipo creó una estación de prueba especial para evaluar su prototipo de sistema láser. Usaron un láser ultra estrecho de 1560 nanómetros estabilizado por cavidad, un peine de frecuencia óptica, un maser en H activo y fotodetectores de baja deriva estabilizados por temperatura como referencias paramedir la estabilidad de la frecuencia y amplitud del sistema.
Las pruebas demostraron el cumplimiento de las especificaciones de LISA en todo el rango de frecuencia, con excepciones inferiores a 1 megahercio y superiores a 5 megahercios, así como un excelente cumplimiento con respecto al ruido. Cuando las pruebas muestran pequeñas desviaciones de las especificaciones, los investigadores han identificado posiblescausas y soluciones propuestas para ajustar el sistema. Estas soluciones incluyen algunas mejoras técnicas del láser de semillas, como agregar un puerto de caída al resonador para reducir el ruido de alta frecuencia.
"Si bien una fecha de lanzamiento poco después de 2030 podría parecer muy lejana, todavía hay un desarrollo tecnológico sustancial por realizar. El equipo está listo para contribuir aún más a este emocionante esfuerzo", dijo Lecomte.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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