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Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

I. Physikalisches Institut

Sonderforschungsbereich 494

Teilprojekt D1

Das Teilprojekt D1 hat sich zur Aufgabe gestellt, ein 16-Pixel Heterodyn-Spektrometer (STAR: SOFIA Terahertz Array Receiver) für den Frequenzbereich um 1.9 THz aufzubauen, das am neuen Flugzeug-Observatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) für die astronomischen Messprojekte des SFB 494 eingesetzt werden soll.

Beim Aufbau dieses Instrumentes greifen wir auf die bahnbrechend neuen Technologien zurück, die wir in den vergangenen Jahren beim Bau des Empfängers SMART für KOSMA geschaffen haben.

Für die ersten Entwicklungsschritte für STAR diente uns der damals im Bau befindliche KOSMA Mehrkanal-Empfänger SMART als Modell, mit dessen Hilfe wir innovative Techniken für den Bau von Array-Empfängern entwickelt haben. SMART (Sub-Millimeter Array Receiver for Two frequencies) ist als Zwei-Frequenz Mehrkanal-Empfänger international einzigartig. Er misst acht Positionen simultan in den Frequenzbändern um 490 und 810 GHz.

SMART hat schon in seiner ersten Messperiode, in der erst die Hälfte der vorgesehenen Mischer eingebaut war, gezeigt, dass es für den 810 GHz-Frequenzbereich der weltweit leistungsfähigste Array-Empfänger ist. Insbesondere liegt bei dieser Frequenz die Einzelkanal-Empfindlichkeit des Mehrkanal-Empfängers (³450 K, DSB) bei den gleichen Werten, wie sie zuvor mit denselben Mischern im Einkanal-Testdewar gemessen wurden. Das bedeutet, dass die komplexe Optik des Array-Empfängers keine signifikante Verschlechterung der Empfindlichkeit verursacht. Im 490 GHz-Bereich ist die Einzelkanal-Empfindlichkeit (³120 K, DSB) gleich gut wie bei CHAMP, dem führenden Array-Empfänger für 490 GHz, der allerdings mehr Empfangskanäle in diesem Frequenzband besitzt.

Die exzellenten Ergebnisse bestätigen die Tragfähigkeit des hier entwickelten Empfängerdesigns und bestärken uns in der Absicht, STAR nach den gleichen Prinzipien aufzubauen wie SMART. Eine der wesentlichen Aufgaben in der nächsten Förderperiode wird darin bestehen, unsere Techniken bei den kürzeren Wellenlängen mit den entsprechend höheren Genauigkeitsanforderungen zu verifizieren.
Im folgenden werden wir kurz die Punkte ansprechen, in denen unser Empfänger-Konzept Besonderheiten gegenüber traditionellen Einkanal-Systemen aufweist. In den nicht angesprochenen Bereichen (Kryo-Design, Spiegelfertigung, Zwischenfrequenz-Elektronik etc.) setzen wir unsere langjährig bewährten Komponenten ein oder übertragen umfassend erprobte Designs auf das neue Instrument.