Transportable, hochauflösende Rotationssensoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Felix Bernauer; Professor Dr. Oliver Gerberding; Professorin Dr. Katharina-Sophie Isleif; Professor Dr. Simon Stellmer
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553176123

Die Beobachtung von Bewegung und Verformung eines dreidimensionalen Körpers in einem dreidimensionalen Raum ist der grundlegende Ansatz für Probleme in vielen wissenschaftlichen Bereichen, die von der Seismologie und Geodäsie über die Weltraumforschung und die Detektion von Gravitationswellen bis hin zur Navigation und Gebäudeüberwachung reichen. Bislang gibt es keinen transportablen Sensor, der in der Lage ist, Rotationskomponenten der Bodenbewegung zu messen, die im Amplitudenbereich des seismischen Hintergrundrausches im Frequenzbereich unter 1 Hz sind. Das Projekt der Forschungsgruppe RING soll diese Situation ändern. Wir schlagen vor, ein passives Ring-Laser-Gyroskop (RLG) zu entwickeln und zu testen, das die Rotationskomponente des sekundären ozeangenerierten seismischen Hintergrundrauschens messen kann. Um einem breiten Anwendungsspektrum gerecht zu werden, wird ein entscheidendes Konstruktionskriterium die Transportfähigkeit des Sensors sein. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir fortschrittliche optische und mechanische Simulationswerkzeuge einsetzen und die jüngsten Fortschritte in der Quantenoptik in die Hard- und Softwareentwicklung einbeziehen. Insbesondere werden wir neue Wege bei der mit transportablen passiven RLGs erreichbaren Empfindlichkeit beschreiten, indem wir das Phasenrauschen aufgrund von Rückstreuung, das durch "Locking" verursachte Frequenzrauschen, mechanische Instabilitäten und das thermische Rauschen der Spiegelbeschichtung berücksichtigen. Gründliche Tests in Labor und Feldversuchen werden die Anwendbarkeit des Sensors für geophysikalische Feldstudien demonstrieren, wie sie in anderen Projekten RING-Forschungsgruppe vorgeschlagen werden. Wir gehen davon aus, dass unser Sensor es ermöglichen wird, die fundamentalen Grenzen der Ringlasertechnologie auszuloten, und dass er neue Maßstäbe für die Erfassung von Rotationsbewegungen mit transportablen Instrumenten setzen wird. Der Sensor wird als Basistechnologie für ein breites und vielfältiges Spektrum wissenschaftlicher Anwendungen dienen, darunter Seismologie, Vulkanologie, Planetenerkundung, Gravitationswellendetektion, Navigation und Geodäsie. Unsere Sensorentwicklung ist das Herzstück der Forschungsgruppe RING, weil ihre erfolgreiche Umsetzung neue Entdeckungen mit Rotationssensorik in der Geophysik und Geodäsie auf einem noch nie dagewesenen Empfindlichkeitsniveau ermöglichen wird, was eines der Hauptziele von RING ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5939: RING: Rotationsbewegungen in der Physik, Geophysik und Geodäsie