Optische Eigenschaften von Substratmaterialien für zukünftige kryogene Gravitationswellendetektoren

Seit dem Beginn des Baus von Gravitationswellendetektoren (GWD) in den 1960er Jahren wurden die Empfindlichkeiten der Detektoren um mehrere Größenordnungen gesteigert. Zu der kontinuierlichen Optimierung bestehender Detektoren wird für eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit gerade ein großer Schritt durch die Verwendung kryogener Testmassen getan. Silizium gilt als Material mit besten Aussichten auf den Einsatz im zukünftigen europäischen GWD. Dies führt zu offenen Fragen nach Materialeigenschaften bei kryogenen Temperaturen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es deswegen, ein besseres Verständnis der optischen Absorption in Silizium zu erhalten Neben dem Wärmeeintrag durch optische Absorption können auch Temperaturfluktuationen die Empfindlichkeit eines GWDs limitieren. Temperaturfluktuationen verursachen über die Brechzahl das thermorefraktive Rauschen. Ein exaktes Berechnen des thermorefraktiven Rauschens scheitert an der Kenntnis der Temperaturabhängigkeit der Brechzahl und macht aktuell ein Extrapolieren dieser nötig. Um diese Lücke zu schließen und exakte Rechnungen durchführen zu können, wird ein Messsystem aufgebaut, um die Änderung der Brechzahl mit der Temperatur bis zu den Betriebstemperaturen eines kryogenen Detektors zu bestimmen. Neben dem thermorefraktiven Rauschen kann die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl zusammen mit der durch optische Absorption generierten Wärme auch zur Ausbildung von thermischen Linsen führen. Die Kenntnis beider Parameter ermöglicht hier ein Abschätzen der Stärke von thermischen Linsen in Silizium. Am Ende der Arbeit wird noch einmal die Bedeutung der vorher erhaltenen Daten für kryogene GWDs beschrieben. Darauf folgt die Zusammenfassung