Design, Aufbau, Test und Integration der Empfänger-Optik des Stratospheric Terahertz Observatory

• Main Author: Brasse, Michael
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: German
• Published: 2014
• Subjects: ddc:530; Antarktis*
• Online Access: https://kups.ub.uni-koeln.de/5769/; https://kups.ub.uni-koeln.de/5769/1/Diss.pdf

Als Interstellares Medium (ISM) werden die Gas- und Staubwolken bezeichnet, die sich innerhalb einer Galaxie zwischen den Sternen befinden. Im ISM findet die Sternentstehung und -entwicklung in einer Galaxie statt. Es trägt damit zur Evolution einer Galaxie bei. Das “Stratospheric Terahertz Observatory“ (STO) ist ein ballongestütztes Observatorium gewesen, dessen Aufgabe in der großflächigen Kartierung von ionisiertem Kohlenstoff, C+, und ionisiertem Stickstoff, N+, im ISM der Milchstraße bestanden hat. In Zusammenarbeit zwischen der University of Arizona, dem Jet Propulsion Laboratory (JPL), dem Applied Physics Laboratory (APL), dem I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln und weiteren Partnern ist STO geplant, aufgebaut und im Januar 2012 von der Antarktis aus von einem Helium-Ballon in die Stratosphäre gezogen worden. Zur Detektion von N+ und C+ werden Feinstruktur-Übergänge der Ionen bei 1.4 THz und 1.9 THz beobachtet. Dazu ist ein Multipixel-Zweikanal-Heterodyn-Empfänger mit hoher spektraler Auflösung und jeweils vier Detektoren pro Frequenz aufgebaut worden. Die vorliegende Dissertation präsentiert das Design, den Aufbau, den Test und die Integration der Optik des STO-Heterodyn-Empfängers. Die Grundlage der Optik ist pro Frequenz ein Array-Diplexer, der auf einem doppelt-konfokalen Ring-Fabry-Perot-Interferometer (tcFPI) basiert. Der Array-Diplexer überlagert gemäß Heterodynprinzip das vom Teleskop eingefangene, astronomische Signal mit einem monochromatischen Referenzsignal, das von einem Lokaloszillator erzeugt wird. Die weitere Optik stellt die Kopplung des Teleskops, der Lokaloszillatoren und der Detektoren an die Diplexer her. In meiner Diplomarbeit ist ein 800 GHz-tcFPI entstanden und erfolgreich getestet worden. Hier sind für STO ein 1.4 THz-tcFPI und ein 1.9 THz-tcFPI entworfen worden. Das 1.9 THz-tcFPI ist in einem Labor-Heterodyn-Empfänger vollständig charakterisiert worden. Die Messungen haben zu einer Empfänger-Rauschtemperatur Trec von ungefähr 1000K geführt. Die beiden tcFPIs sind ...