Eine neue Generation von OH Filter mit Fiber Bragg Gittern: der nächste Schritt in Richtung Einsatz am Teleskop

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Nolte; Dr. Aashia Rahman, seit 5/2022
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455425131

Bodengestützte Teleskope wie das im nahen Infrarot arbeitende Extremely Large Telescope ELT sind eine der Säulen der Astronomie für verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen wie z.B. die Suche nach Exoplaneten, Schwarze Löcher, die Nukleosynthese in Sternen und die Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Während atmosphärischen Störungen, die zu Verformungen der Wellenfront führen, durch adaptive Optik entgegengewirkt werden kann, wird die Empfindlichkeit dieser Teleskope durch starke atmosphärische OH-Emissionslinien für die niedrig- bis mittelauflösende Spektroskopie im NIR stark beeinträchtigt. Die Intensität dieser Linien übersteigt den extraterrestrischen Hintergrund schwacher Sterne oder Galaxien um mehrere Größenordnungen und trägt somit wesentlich zu den Streulichtsignalen im Spektrographen bei, was für die Analyse der schwachen extraterrestrischen Signale problematisch ist. Da die spektrale Breite dieser Emissionslinien jedoch nur einige Dutzend Pikometer beträgt, können schmale Notch-Filter verwendet werden, um sie zu unterdrücken und das Streulicht innerhalb des Instruments zu reduzieren. Insbesondere Faser-Bragg-Gitter (FBG), die aus einer periodischen Brechungsindexmodulation im Faserkern bestehen, bieten hervorragende Eigenschaften, um die OH-Emissionslinien herauszufiltern, was bereits früher demonstriert wurde. Um jedoch eine große Anzahl von OH-Emissionslinien herauszufiltern, müssten viele einzelne Gitter in Serie realisiert werden, was zu erheblichen Übertragungsverlusten führen würde. Eine Alternative zu einer Reihe von einfachen FBGs sind aperiodische FBGs (AFBGs). Die Idee der AFBGs besteht darin, mehrere Gitter mit unterschiedlichen Resonanzwellenlängen innerhalb des Faserkerns mit einer minimierten überlagerten Brechungsindexmodulation zu realisieren. Daher kann ein einzelnes AFBG viele Wellenlängen gleichzeitig reflektieren, um eine große Anzahl von OH-Emissionslinien herauszufiltern. Das OH-SUPER-Projekt strebt die Realisierung einer bahnbrechenden Innovation für die OH-Unterdrückung im NIR an, indem es die komplementäre Expertise der beiden beteiligten Forschungseinrichtungen zur Entwicklung hochkomplexer aperiodischer Gitter vereint. Eine wettbewerbsfähige Implementierung mit zwei Arten von Gittern (geschrieben durch UV- oder fs-IR-Laserstrukturierung) innerhalb eines gemeinsamen On-Sky-Demonstrators wird Infrastrukturbetreiber wie die ESO überzeugen, ein System mit der leistungsfähigsten Lösung am Teleskop zu implementieren. Die beiden Hauptziele von OH-SUPER sind erstens die Entwicklung von UV- und fs-NIR-laserbasierten Einschreibetechniken, um zuverlässig AFBGs realisieren zu können, die für die OH-Unterdrückung auf der Ebene von Prototypen geeignet sind. Zweitens sollen die resultierenden Filter in einen On-Sky-Demonstrator als Front-End-Subsystem zu CARMENES am 3,5-Meter-Teleskop des Calar-Alto-Observatoriums, Spanien, integriert werden, um eine Validierung und vergleichende Leistungsstudie zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Großgeräte: High power, high coherence UV laser
• Gerätegruppe: 5710 Gas-Laser
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Martin Matthias Roth, bis 5/2022