Design of a dual species atom interferometer for space
Thilo Schuldt
(1)
,
Christian Schubert
(2)
,
Markus Krutzik
,
Lluis Gesa Bote
,
Naceur Gaaloul
(3)
,
Jonas Hartwig
(3)
,
Holger Ahlers
,
Waldemar Herr
,
Katerine Posso-Trujillo
,
Jan Rudolph
,
Stephan Seidel
,
Thijs Wendrich
,
Wolfgang Ertmer
(3)
,
Sven Herrmann
(4)
,
André Kubelka-Lange
,
Alexander Milke
,
Benny Rievers
(4)
,
Emanuele Rocco
,
Andrew Hinton
,
Kai Bongs
(5)
,
Markus Oswald
,
Matthias Franz
(6)
,
Matthias Hauth
,
Achim Peters
(7)
,
Ahmad Bawamia
,
Andreas Wicht
,
Baptiste Battelier
(8)
,
Andrea Bertoldi
(8)
,
Philippe Bouyer
(8)
,
Arnaud Landragin
(9)
,
Didier Massonnet
,
Thomas Lévèque
(9)
,
Andre Wenzlawski
,
Ortwin Hellmig
,
Patrick Windpassinger
,
Klaus Sengstock
(10)
,
Wolf von Klitzing
(11)
,
Chris Chaloner
,
David Summers
,
Philip Ireland
,
Ignacio Mateos
,
Carlos Sopuerta
(12)
,
Fiodor Sorrentino
(13)
,
Guglielmo Tino
,
Michael Williams
,
Christian Trenkel
(14)
,
Domenico Gerardi
,
Michael Chwalla
(15)
,
Johannes Burkhardt
,
Ulrich Johann
(15)
,
Astrid Heske
,
Eric Wille
,
Martin Gehler
,
Luigi Cacciapuoti
(16)
,
Norman Gürlebeck
(4)
,
Claus Braxmaier
(17)
,
Ernst Rasel
(3)
1
DLR -
German Aerospace Center
2 Leibniz Universität Hannover=Leibniz University Hannover
3 IQ - Institut für Quantenoptik [Hannover]
4 ZARM - Center of Applied Space Technology and Microgravity
5 MUARC
6 Department of Mathematics
7 Institut fur Physik, Humboldt Universitat zu Berlin
8 LP2N - Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences
9 SYRTE - Systèmes de Référence Temps Espace
10 University of Hamburg
11 FORTH-IESL - Institute of Electronic Structure and Laser
12 ICE-CSIC - Institute of Space Sciences [Barcelona]
13 INFN Sezione di Firenze
14 Astrium Ltd
15 Airbus Defence and Space Germany
16 ESA - Agence Spatiale Européenne = European Space Agency
17 DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2 Leibniz Universität Hannover=Leibniz University Hannover
3 IQ - Institut für Quantenoptik [Hannover]
4 ZARM - Center of Applied Space Technology and Microgravity
5 MUARC
6 Department of Mathematics
7 Institut fur Physik, Humboldt Universitat zu Berlin
8 LP2N - Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences
9 SYRTE - Systèmes de Référence Temps Espace
10 University of Hamburg
11 FORTH-IESL - Institute of Electronic Structure and Laser
12 ICE-CSIC - Institute of Space Sciences [Barcelona]
13 INFN Sezione di Firenze
14 Astrium Ltd
15 Airbus Defence and Space Germany
16 ESA - Agence Spatiale Européenne = European Space Agency
17 DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Markus Krutzik
- Fonction : Auteur
Lluis Gesa Bote
- Fonction : Auteur
Holger Ahlers
- Fonction : Auteur
Waldemar Herr
- Fonction : Auteur
Katerine Posso-Trujillo
- Fonction : Auteur
Jan Rudolph
- Fonction : Auteur
Stephan Seidel
- Fonction : Auteur
Thijs Wendrich
- Fonction : Auteur
André Kubelka-Lange
- Fonction : Auteur
Alexander Milke
- Fonction : Auteur
Emanuele Rocco
- Fonction : Auteur
Andrew Hinton
- Fonction : Auteur
Markus Oswald
- Fonction : Auteur
Matthias Hauth
- Fonction : Auteur
Ahmad Bawamia
- Fonction : Auteur
Andreas Wicht
- Fonction : Auteur
Andrea Bertoldi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 772908
- ORCID : 0000-0002-4839-0947
- IdRef : 221467041
Philippe Bouyer
- Fonction : Auteur
- PersonId : 178479
- IdHAL : philippe-bouyer
- ORCID : 0000-0003-4458-0089
- IdRef : 126241783
Arnaud Landragin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 738792
- IdHAL : arnaud-landragin
- ORCID : 0000-0002-2941-4982
- IdRef : 157011194
Didier Massonnet
- Fonction : Auteur
Andre Wenzlawski
- Fonction : Auteur
Ortwin Hellmig
- Fonction : Auteur
Patrick Windpassinger
- Fonction : Auteur
Chris Chaloner
- Fonction : Auteur
David Summers
- Fonction : Auteur
Philip Ireland
- Fonction : Auteur
Ignacio Mateos
- Fonction : Auteur
Guglielmo Tino
- Fonction : Auteur
Michael Williams
- Fonction : Auteur
Domenico Gerardi
- Fonction : Auteur
Johannes Burkhardt
- Fonction : Auteur
Astrid Heske
- Fonction : Auteur
Eric Wille
- Fonction : Auteur
Martin Gehler
- Fonction : Auteur
Résumé
Atom interferometers have a multitude of proposed applications in space including precise measurements of the Earth's gravitational field, in navigation & ranging, and in fundamental physics such as tests of the weak equivalence principle (WEP) and gravitational wave detection. While atom interferometers are realized routinely in ground-based laboratories, current efforts aim at the development of a space compatible design optimized with respect to dimensions, weight, power consumption, mechanical robustness and radiation hardness. In this paper, we present a design of a high-sensitivity differential dual species 85Rb/87Rb atom interferometer for space, including physics package, laser system, electronics and software. The physics package comprises the atom source consisting of dispensers and a 2D magneto-optical trap (MOT), the science chamber with a 3D-MOT, a magnetic trap based on an atom chip and an optical dipole trap (ODT) used for Bose-Einstein condensate (BEC) creation and interferometry, the detection unit, the vacuum system for 10-11 mbar ultra-high vacuum generation, and the high-suppression factor magnetic shielding as well as the thermal control system. The laser system is based on a hybrid approach using fiber-based telecom components and high-power laser diode technology and includes all laser sources for 2D-MOT, 3D-MOT, ODT, interferometry and detection. Manipulation and switching of the laser beams is carried out on an optical bench using Zerodur bonding technology. The instrument consists of 9 units with an overall mass of 221 kg, an average power consumption of 608 W (814 W peak), and a volume of 470 liters which would well fit on a satellite to be launched with a Soyuz rocket, as system studies have shown.