Konstruktion und Fertigung einer Vakuumkammer

In einem gemeinsamen Projekt des Fachbereichs „Zeit & Frequenz“ und QUEST wird an neuartigen optischen Frequenznormalen basierend auf lasergekühlten, kristallisierten Ionenketten geforscht. Für die Präzisionsspektroskopie an diesen Coulomb-Kristallen wird ein hochstabiler Uhrenlaser mit einer relativen Frequenzstabilität von 1x10^-16 in einer Sekunde benötigt, dessen Kurzzeitstabilität von der Längenstabilität eines optischen Fabry-Perot-Etalons abgeleitet wird. Für die Aufnahme dieser Längenreferenz wurde eine spezielle Vakuumkammer mit mehrstufiger aktiver und passiver Temperaturstabilisierung sowie vibrationsinsensitiver Aufhängung des optischen Etalons gefertigt. Eine 304 mm lange ULE^® Glaskeramik wird hierfür auf präzisen Alu-Prismen gelagert, deren Auflagepunkte mittels finite Elemente Rechnungen bestimmt wurden, um den Einfluss mechanischer Beschleunigung auf die Längenausdehnung des Etalons zu minimieren. Die angestrebte relative Längenstabilität erlaubt eine maximale Empfindlichkeit von 10^‑10/g der relativen Längenänderung. Dabei ist g die lokale Erdbeschleunigung.

Ziel des vakuumtechnischen Aufbaus war es, bei einem Enddruck von 10^-6 Pa eine Zeitkonstante von mehreren Tagen im passiven Hitzeschild zu erreichen. Um das Gewicht des gesamten Aufbaus, welcher auf einer passiven schwingungsdämpfenden Plattform gelagert wird, zu minimieren, wurde die Vakuumkammer aus Aluminium gefertigt.

Bild 1 zeigt einen Schnitt durch den gesamten Messaufbau.

Bild 1: Vakuumkammer im Schnitt