LARS - Laser Absolute Reference Spectrograph

Projekt und Instrument

LARS, der Laser Absolute Reference Spectrograph des Leibniz-Instituts für Sonnenphysik ist ein wissenschaftliches Instrument zur hochmodernen Sonnenbeobachtung am Vakuum Turm Teleskop (VTT) am Observatorio del Teide auf Teneriffa. LARS bietet die Möglichkeit das Spektrum der Sonne eines ausgewählten Bildfeldbereichs mit dem hochauflösenden Echelle-Spektrographen des VTT zu vermessen. Dabei wird zusätzlich das Emissionsspektrum eines neu installierten Laserfrequenzkamms überlagert. Da jeder Emissionsspitze des Kammspektrums eine genaue Frequenz zugeordnet wird, kann das Sonnenspektrum  hinsichtlich seiner Wellenlänge absolut kalibriert werden. Die Spektrallinien werden dabei wie mit einem Lineal vermessen. Die Genauigkeit liegt im Bereich von m/s und ist somit ein Vielfaches besser als es bisherige Mittel erlaubten. Nachdem bereits 2005 der Physiknobelpreis für die hochmoderne Technik des Laserfrequenzkamms verliehen worden war, wurde 2008 die erste Installation eines Frequenzkamms am VTT realisiert. Ein erfolgreiches Upgrade des Systems im Mai 2016 durch MenloSystems ermöglicht nun den stabilen Dauerbetrieb für diese weltweit einzigartige spektroskopische Beobachtung der Sonne.

Schematischer Aufbau von LARS. Das Emissionsspektrum des gepulsten Lasers wird modengefiltert und zum sichtbaren Spektralbereich mit einer Kristallfaser (PCF) aufgeweitet. Durch einen Faserwechsler kann das Licht des Frequenzkamms, das Sonnenlicht im VTT, oder andere Lichtquellen mit Fasern zum Spektrographen geleitet werden (nach H.-P. Doerr).

Optischer Aufbau

Die Grundlage des Laserfrequenzkamms von LARS  bildet ein Laser im Nah-Infraroten bei 1060nm der Pulse im fs-Bereich aussendet wodurch ein stabiles wohldefiniertes Emissionsspektrum entsteht. Da das Frequenzspektrum dem Erscheinungsbild eines Kamms ähnelt spricht man von einem Frequenzkamm. Um die eindeutige Identifikation der Moden zu garantieren wird das Spektrum der 250MHz voneinander entfernten Kamm-Moden mittels Fabry-Perot-Interferometer auf einen finalen Modenabstand von 8GHz gefiltert. Um den Einsatz des Frequenzkamms über einen weiten Bereichs zu gewährleisten, wird das Spektrum zudem von einer photonischen Kristallfaser (PCF) auf den optischen und Nah-Infraroten Spektralbereich (480nm bis 1500nm) aufgeweitet.

Das Licht des Frequenzkamms kann somit zur absoluten Wellenlängenkalibration z.B- des Sonnenspektrums verwendet werden. Mittels Lichtwellenleitern wird das Kammspektrum (480–750nm) zum Echelle-Spektrographen des VTT geleitet. In einer Sequenz kann zudem das Sonnenspektrum eines gemittelten Bildfeldbereichs (1", 3", oder 10") abgebildet, vermessen und absolut kalibriert werden. Zusätzlich können weitere künstliche Lichtquellen (z.B. Laser oder Hohlkathodenlampen) vermessen werden. Die Kombination des hochpräzisen Frequenzkamms mit dem hochauflösenden VTT-Spektrographen bietet hierfür beste Gegebenheiten.

Weitere Informationen finden Sie in der Dissertation von Hans-Peter Doerr.

Der Sonnenfleck wurde mit der LARS-Kontextkamera im G-Band-Spektrum aufgenommen. Für die spektrale Beobachtung stehen drei Bildfeldgrößen (1", 3", oder 10") zur Auswahl.

Beobachtungen

LARS bietet der wissenschaftlichen Gemeinschaft die Möglichkeit das Sonnenspektrum auf einer absoluten Wellenlängenskala zu messen. Das erlaubt die Kalibrierung von absoluten Dopplergeschwindigkeiten in the Sonnenatmosphäre. Die Genauigkeit von m/s und die hohe spektrale Auflösung über das integrierte solare Bildfeld kann als perfekte Referenz für z.B. spektropolarimetrische Co-Beobachtungen mit anderen Teleskopen und Instrumenten dienen.

Je nach wissenschaftlichem Interesse kann der Beobachter zwischen folgenden Spezifikationen wählen:

  • Spektralregion: Bereich von 6Å (0,6nm) zwischen 480nm und 750nm
  • Bildfeldgröße für Spektrum: 1", 3", oder 10" (Kreisdurchmesser)
  • Beobachtungsregion auf der Sonne
  • Zeitliche Auflösung: z.B. 1s für Sequenz Kamm/Sonne
  • Zeitreihe: beliebig, bis zu 3 Stunden
  • Kontextbilder: Einfach bis rekonstruiert
  • Weitere Lichtquellen: HeNe-Laser, Hohlkathodenlampen, ChroTel

Daten

Daten aus verschiedenen Beobachtungskampagnen können über das Science Data Center angezeigt und heruntergeladen werden.

 

Für mögliche ServiceMode-Beobachtungen, Co-Beobachtungen und weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Dr. Johannes Löhner-Böttcher (PI LARS-Beobachtungen) oder Prof. Dr. Wolfgang Schmidt (LARS Projektleiter). Besonderer Dank an Dr. Hans-Peter Doerr (MPS Göttingen) für die Entwicklung des Instruments und weitere Kooperation.