Aufbau eines Spektrometers für Wellenlängen zwischen 700 und 950 Nanometern

Aufbau eines Spektrometers für Wellenlängen zwischen 700 und 950 Nanometern

Design of a Spectrometer for Wavelengths between 700 and 950 Nanometers

Bachelorarbeit

Der supraleitende Darmstädter Linearbeschleuniger S-DALINAC [1] ist ein Dauerstrich-Elektronenbeschleuniger, der dank seiner Energieauflösung und seines großen nutzbaren Energiebereichs von einigen MeV bis hin zu 130 MeV für Präzisionsstreuexperimente mit Elektronen als auch mit Photonen geeignet ist. Damit ist er ein ideales Werkzeug zur Untersuchung der Struktur von Atomkernen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 634 „Kernstruktur, nukleare Astrophysik und fundamentale Experimente bei niedrigen Impulsüberträgen am supraleitenden Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger (S-DALINAC)“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft wurden in den vergangenen Jahren viele Experimente an diesem Beschleuniger durchgeführt, die neue Erkenntnisse und ein besseres Verständnis der Kernstruktur lieferten [2] und [3]. Dabei nahm das Interesse an der Untersuchung von Polarisationsobservablen zu, da damit viele neue Möglichkeiten zur Kernstrukturphysik erschlossen werden. Dazu sind allerdings polarisierte Proben notwendig. Daher wurde im Rahmen des Teilprojekts E4 des SFB ein neuer Injektor zur Produktion polarisierter Elektronenstrahlen entwickelt: der S-DALINAC Polarized Injector (SPIN). Dieser besteht aus einer Quelle polarisierter Elektronen, einem Spinrotator zur Einstellung der Spinorientierung, einem Polarimeter zur Polarisationsmessung, einem Chopper- und Prebunchersystem zur Beeinflussung der longitudinalen Strahleigenschaften sowie diversen Strahlführungs- und Strahldiagnoseelementen. Die Erzeugung polarisierter Elektronen basiert auf der Photoemission von Halbleitern. Dabei hängt die Polarisation der emittierten Elektronen von der der Laserstrahlung ab. Da die Quanteneffizienz und der Polarisationsgrad stark von der Wellenlänge des Lasers abhängen, wird ein in einem Bereich von 700 bis 1000 Nanometer durchstimmbarer Titan-Saphier-Laser eingesetzt [4]. Zur Überwachung der Wellenlänge ist ein Computer-gestütztes Spektrometer notwendig, welches im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und aufgebaut wurde. Eine wesentliche Anforderung an dieses Spektrometers ist die Möglichkeit zur Bestimmung der Wellenlänge mit einer Genauigkeit von besser als einem Nanometer in einem Wellenlängenbereich von etwa 700 bis 950 Nanometer. Dabei soll eine Laserleistung von wenigen Milliwatt ausreichen, die sowohl über einen freien Strahl als auch eine Glasfaser in das System eingebracht werden kann. Da das Spektrometer nicht nur stationär an diesem Titan-Saphir-Lasersystem eingesetzt werden soll, sondern auch zur Analyse von anderen Laserquellen in diesem Spektralbereich dienen soll, muss es kompakt, leicht zu transportieren und justieren sowie einfach zu bedienen sein. Außerdem sollte es günstiger als ähnliche kommerzielle Spektrometer sein. Im folgenden Kapitel werden zunächst die theoretischen Grundlagen der Funktionsweise des Spektrometers vorgestellt. Anschließend wird in Kapitel 3 der optische Aufbau, sowie die Messelektronik und die Auswertungssoftware erläutert. In Kapitel 4 werden erste Messungen, insbesondere zur Kalibrierung, mit dem Spektrometer vorgestellt. Kapitel 5 enthält eine Zusammenfassung díeser Arbeit und der Ergebnisse und liefert einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen des Spektrometers.