JOKARUS-experiment op sondeerraket succesvol afgerond. Hoeksteen voor lasermetingen met de hoogste precisie en voorloper voor optische satellietnavigatiesystemen.

Voor het eerst is een frequentiereferentie op basis van moleculair jodium met succes in de ruimte aangetoond! Wat een beetje als sciencefiction klinkt, is een belangrijke stap in de richting van laserinterferometrische afstandsmetingen tussen satellieten en voor toekomstige wereldwijde navigatiesatellietsystemen op basis van optische technologieën. De frequentiereferentietests zijn uitgevoerd op 13 mei aan boord van de sondeerraket TEXUS54. Het middelpunt van de lading, een compact lasersysteem, die voornamelijk is ontwikkeld door HU Berlin en het Ferdinand-Braun-Institut, zijn geschiktheid voor de ruimte bewezen.

In het JOKARUS-experiment (Duits acroniem voor jodiumkamresonator onder gewichtloosheid), een actieve optische frequentiereferentie op basis van moleculair jodium werd voor het eerst in de ruimte gekwalificeerd. De resultaten zijn een belangrijke mijlpaal in de richting van het gebruik van optische klokken in de ruimte. Dergelijke klokken zijn vereist, onder andere, voor satellietnavigatiesystemen die gegevens leveren voor nauwkeurige plaatsbepaling. Ze zijn even belangrijk voor fundamenteel natuurkundig onderzoek, zoals de detectie van zwaartekrachtsgolven en metingen van het zwaartekrachtveld van de aarde.

Het experiment demonstreerde de volledig geautomatiseerde frequentiestabilisatie van een frequentieverdubbelde 1064 nm uitgebreide holtediodelaser (ECDL) op een moleculaire overgang in jodium. Dankzij geïntegreerde software en algoritmen, het lasersysteem werkte volledig zelfstandig. Ter vergelijking, een frequentiemeting met een optische frequentiekam in het afzonderlijke FOKUSII-experiment werd uitgevoerd tijdens dezelfde ruimtevlucht.

Uitgebreide knowhow achter het compacte diodelasersysteem

De JOKARUS-lading is ontwikkeld en geïmplementeerd onder leiding van de Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlijn) als onderdeel van het Joint Lab Laser Metrology. Het lab, die gezamenlijk wordt beheerd door Ferdinand-Braun-Institut (FBH) en HU Berlijn, combineert de knowhow van beide instellingen op het gebied van diodelasersystemen voor ruimtevaarttoepassingen. Een quasi-monolithische spectroscopiemodule werd geleverd door de Universiteit van Bremen, de bedieningselektronica kwam van Menlo Systems.

Het middelpunt van het lasersysteem is een micro-geïntegreerde ECDL MOPA die is ontwikkeld en geïmplementeerd door de FBH, met een ECDL als lokale oscillator (masteroscillator, MO) en een ridge waveguide halfgeleiderversterker als eindversterker (PA). De 1064nm diodelasermodule is volledig ingekapseld in een 125 x 75 x 22,5 mm klein pakket en levert een optisch vermogen van 570 mW binnen de lijnbreedte van de vrijlopende laser van 26 kHz (FWHM, 1ms meettijd). Door middel van een polarisatiebehoud, optische single-mode vezel, het laserlicht wordt eerst in twee banen verdeeld, gemoduleerd, frequentie verdubbeld en verwerkt voor Doppler-vrije verzadigingsspectroscopie. De technologische ontwikkelingen binnen JOKARUS worden gefinancierd door het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR) en bouwen voort op de eerdere FOKUS, FOKUS-reflight, KALEXUS- en MAIUS-missies.