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001020812 001__ 1020812 001020812 005__ 20251205104324.0 001020812 0247_ $$2HBZ$$aHT031311913 001020812 0247_ $$2Laufende Nummer$$a44797 001020812 0247_ $$2datacite_doi$$a10.18154/RWTH-2025-09249 001020812 037__ $$aRWTH-2025-09249 001020812 041__ $$aEnglish 001020812 082__ $$a540 001020812 1001_ $$0P:(DE-588)1380817412$$aKuhlbusch, Tim Johannes$$b0$$urwth 001020812 245__ $$aCryogenic sensing and actuation techniques for the Einstein Telescope$$cvorgelegt von M. Sc. Tim Johannes Kuhlbusch$$honline 001020812 260__ $$aAachen$$bRWTH Aachen University$$c2025 001020812 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen 001020812 3367_ $$02$$2EndNote$$aThesis 001020812 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd 001020812 3367_ $$2BibTeX$$aPHDTHESIS 001020812 3367_ $$2DRIVER$$adoctoralThesis 001020812 3367_ $$2DataCite$$aOutput Types/Dissertation 001020812 3367_ $$2ORCID$$aDISSERTATION 001020812 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2025$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2025$$gFak01$$o2025-11-03 001020812 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 001020812 5203_ $$aDurch die Verbesserung der Sensitivität von Gravitationswellendetektoren werden Beobachtungen von weiter entfernten Quellen, präzisere Messungen und die Entdeckung neuer Quellen ermöglicht. Der Frequenzbereich unterhalb von 10 Hz ist für viele wissenschaftliche Anwendungen, zum Beispiel die Multi-Messenger-Astronomie, von entscheidender Bedeutung. Um das thermische Rauschen bei diesen Frequenzen zu minimieren, werden künftige Detektoren, wie zum Beispiel das Einstein-Teleskop, die Spiegel und ihre Aufhängungssysteme kühlen. Viele Komponenten der Spiegelaufhängungen müssen daher angepasst werden um sie bei Temperaturen von 10 bis 300 K zu betreiben. Nur wenige kommerziell erhältliche Komponenten sind für die Anwendung bei Kryotemperaturen spezifiziert. In dieser Arbeit werden die Herausforderungen bei der Auswahl von Komponenten erörtert und mögliche Lösungen evaluiert. Optische Positionssensoren werden benötigt, um die Bewegungen innerhalb der Spiegelaufhängungen zu überwachen, mechanische Eigenschaften zu charakterisieren und Feedbacksignale für die Kontrollsysteme abzuleiten. LEDs werden aktuell in vielen dieser Sensoren genutzt. In dieser Arbeit konnten sie erfolgreich bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden, haben aber Einschränkungen hinsichtlich Effizienz, optischer Strahlqualität und Rauschverhalten. Eine Alternative ist die Verwendung von Lichtwellenleitern und Kollimatoren, um Licht von externen Quellen in der Kryoumgebung zu benutzen. Photodioden sind die gängigste Lösung für das Auslesen optischer Sensoren. Die Herausforderungen bei der Auswahl geeigneter Photodioden werden in dieser Arbeit diskutiert, und die Auswahl einer Photodiode für 1550nm dokumentiert. Die vorgestellten Messungen wurden zur Auswahl der optischen Komponenten für Sensoren des E-TEST Prototypen benutzt. Um die Bewegung der Spiegelaufhängungen zu kontrollieren und die Spiegel auszurichten werden Steuerkräfte durch Aktuatoren aufgebracht. In aktuellen Detektoren werden dazu Voicecoil-Aktuatoren eingesetzt. Der Betrieb bei tiefen Temperaturen stellt neue Anforderungen an diese Aktuatoren. Supraleiter sind eine vielversprechende Option, um die Abwärme der Aktuatorspulen zu minimieren, da die für die Supraleitung notwendigen Kryotemperaturen bereits vorhanden sind. Diese Arbeit evaluiert die additive Herstellung des Supraleiters Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid (YBCO) in einem Pulverbettschmelzverfahren und dokumentiert die Charakterisierung der hergestellten Proben. Darüber hinaus werden Techniken zur Vorhersage und Reduktion von Störungen in interferometrischen Detektoren diskutiert und an einem Michelson-Interferometer getestet.$$lger 001020812 520__ $$aImproving the sensitivity of gravitational wave detectors is essential to increase the observable fraction of our universe and to enable new observation possibilities. The low frequency region below 10 Hz is essential for many science cases like multi-messenger astronomy. Therefore, future gravitational wave detectors like the Einstein Telescope will require cryogenic mirrors and cryogenic suspension systems to decrease thermal noise. Many components of the mirror suspension systems must be improved to work across the temperature range from 10 to 300 K. Commercial availability of components specified for these low temperatures is scarce. This work explores the challenges of selecting components and evaluates possible solutions. Optical displacement sensors are required to monitor the movement of the suspension system, characterize mechanical properties, and derive feedback signals for the control systems. LEDs are used in many sensors of the current generation of gravitational wave detectors. They were successfully operated at cryogenic temperatures as part of this work but have limitations regarding efficiency, optical beam quality, and noise. Another option is to use optical fibers and collimators to make light from stabilized light sources accessible in the cryogenic environment. Photodiodes are the most common solution for reading out optical sensors. The challenges in selecting appropriate photodiodes are outlined in this thesis, and the selection of a photodiode for 1550nm is discussed. Presented measurements were used to select the optical components for sensors of a cryogenic suspension prototype developed in the E-TEST project. To control the movement of the suspension structures and steer the optical components, feedback forces must be applied. Voice-coil actuators are employed in all current detectors. Cryogenic temperatures add new requirements for these actuators, such as compatibility with cryogenic temperatures and low waste heat. Superconductors are a promising option to eliminate resistive heating in actuator coils, as the cryogenic temperatures required for superconductivity are already present. A process for additive manufacturing of the superconductor yttrium barium copper oxide in a powder bed fusion process and the characterization of produced samples are outlined. Additionally, techniques for noise prediction and mitigation in interferometric detectors are discussed and evaluated on a bench-top Michelson interferometer.$$leng 001020812 536__ $$0G:(EFRE)EMR113$$aEMR113 - E-Test (EMR113)$$cEMR113$$x0 001020812 536__ $$0G:(DE-82)EXS-SF-OPSF736$$aOPSF736 - Additive manufacturing of superconductors for gravitational wave research (EXS-SF-OPSF736)$$cEXS-SF-OPSF736$$x1 001020812 536__ $$0G:(DE-82)EXS-SF$$aExploratory Research Space: Seed Fund (2) als Anschubfinanzierung zur Erforschung neuer interdisziplinärer Ideen (EXS-SF)$$cEXS-SF$$x2 001020812 536__ $$0G:(DE-82)EXS$$aExcellence Strategy (EXS)$$cEXS$$x3 001020812 588__ $$aDataset connected to Lobid/HBZ 001020812 591__ $$aGermany 001020812 653_7 $$aEinstein Telescope 001020812 653_7 $$aYBCO 001020812 653_7 $$aadditive manufacturing 001020812 653_7 $$acryogenic 001020812 653_7 $$agravitational wave 001020812 653_7 $$agravitational wave detection 001020812 653_7 $$anoise mitigation 001020812 653_7 $$aphotodiode 001020812 653_7 $$asuperconductor 001020812 7001_ $$0P:(DE-82)IDM00167$$aStahl, Achim$$b1$$eThesis advisor$$urwth 001020812 7001_ $$0P:(DE-82)IDM00100$$aHebbeker, Thomas$$b2$$eThesis advisor$$urwth 001020812 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/1020812/files/1020812.pdf$$yOpenAccess 001020812 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/1020812/files/1020812_source.zip$$yRestricted 001020812 909CO $$ooai:publications.rwth-aachen.de:1020812$$pdnbdelivery$$pdriver$$pVDB$$popen_access$$popenaire 001020812 915__ $$0StatID:(DE-HGF)0510$$2StatID$$aOpenAccess 001020812 9141_ $$y2025 001020812 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM00167$$aRWTH Aachen$$b1$$kRWTH 001020812 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM00100$$aRWTH Aachen$$b2$$kRWTH 001020812 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-588)1380817412$$aRWTH Aachen$$b0$$kRWTH 001020812 9201_ $$0I:(DE-82)133510_20140620$$k133510$$lLehrstuhl für Experimentalphysik III B$$x0 001020812 9201_ $$0I:(DE-82)130000_20140620$$k130000$$lFachgruppe Physik$$x1 001020812 961__ $$c2025-12-04T14:37:50.538364$$x2025-11-04T15:47:10.876686$$z2025-12-04T14:37:50.538364 001020812 9801_ $$aFullTexts 001020812 980__ $$aI:(DE-82)130000_20140620 001020812 980__ $$aI:(DE-82)133510_20140620 001020812 980__ $$aUNRESTRICTED 001020812 980__ $$aVDB 001020812 980__ $$aphd