Invariance of waveguide grating mirrors to lateral displacement phase shifts

We present a method to analyse the coupling of lateral displacements in nanoscale structures, in particular waveguide grating mirrors (WGM), into the phase of a reflected Gaussian beam using a finite-difference time-domain simulation. Such phase noise is of interest for using WGMs in high-precision interferometry. We show that WGMs do not couple lateral displacements into the phase of a reflected beam to a precision of 10^{-7} rad and that WGMs are therefore not subject to the same stringent alignment requirements as previously proposed layouts using diffraction gratings.Comment: 3 Pages, 4 figure

Advanced mirror concepts for high-precision metrology

Die Messempfindlichkeit für Anwendungen im Bereich der Hochpräzisions-Metrologie wie z.B. der interferometrischen Gravitationswellendetektion oder der Realisierung hochstabiler Referenzresonatoren wird durch fundamentale Rauscheinflüsse limitiert. Diese führen zu statistischen Oberflächenfluktuationen der beteiligten Optiken, welche sich dem gewünschten Messsignal überlagern. Einen entscheidenden Anteil des thermischen Rauschens liefern hierbei die dielektrischen Vielschichtsysteme, die in den derzeitigen Aufbauten die hohen Reflektivitäten der Resonatorspiegel gewährleisten. Alternativ wurde in dieser Arbeit das Potenzial so genannter resonanter Wellenleitergitter im Hinblick auf die Realisierung maximaler Reflektivitäten bei gleichzeitiger Minimierung der dielektrischen Beschichtung erstmals experimentell untersucht. Diese mikrooptischen Elemente versprechen aufgrund ihrer Dünnschicht-Gitterstruktur eine Reduzierung der notwendigen Schichtdicke und damit des thermischen Schichtrauschens um mindestens eine Größenordnung. Strukturen auf der Basis von Tantalpentoxid und Silizium in Verbindung mit Siliziumdioxid wurden experimentell realisiert und erfolgreich charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zudem zwei völlig neue Ansätze der Mikrostrukturierung einer dielektrischen Oberfläche entwickelt, die vollständig auf eine Beschichtung verzichten und damit rein monolithische Lösungen resonanter Wellenleitergitter darstellen. So konnte erstmals ein hochreflektierender monolithischer Resonatorspiegel auf der Basis von Silizium gezeigt werden, der Bestandteil eines Hoch-Finesse-Resonators war. Solch ein Resonatoraufbau spiegelt exakt die Ausgestaltung zukünftiger Experimente wider. Die Ergebnisse dieser Arbeit eröffnen einen Weg zu einer neuen Generation von hochempfindlichen Experimenten zur Erforschung fundamentaler Fragen der modernen Physik.The sensitivity of applications in the field of optical high-precision metrology such as interferometric gravitational wave detection or the realization of ultra stable reference cavities is limited by fundamental noise sources. These noises cause statistical surface fluctuations of the incorporated optical components which override the desired measurement signal. A significant thermal noise contribution is given by the dielectric multilayer coatings that are currently used to provide high-reflectivity of the cavity mirrors. Alternatively, this work experimentally investigated for the first time the capability of so-called guided-mode resonant waveguide gratings of reaching maximum reflectivity while reducing the necessary coating thickness. Due to their thin-film grating structure such microoptical elements suggest a reduction of the coating thickness and thus of the related thermal noise level by at least one order of magnitude. Grating structures based on tantalum pentoxide and silicon in combination with silicon dioxide have been fabricated and successfully characterized. Moreover, within this work two novel approaches of microstructuring dielectric surfaces have been developed which avoid any dielectric coating at all and thus provide purely monolithic solutions for resonant waveguide gratings. This includes the first demonstration of a monolithic high-reflectivity surface cavity mirror from a single silicon crystal which was part of a high-finesse standing-wave cavity. Such setups precisely execute the arrangement in the applications envisioned. The results of this thesis open the avenue to new generations of a variety of high-precision experiments targeting fundamental questions of physics

Advanced mirror concepts for high-precision metrology

Die Messempfindlichkeit für Anwendungen im Bereich der Hochpräzisions-Metrologie wie z.B. der interferometrischen Gravitationswellendetektion oder der Realisierung hochstabiler Referenzresonatoren wird durch fundamentale Rauscheinflüsse limitiert. Diese führen zu statistischen Oberflächenfluktuationen der beteiligten Optiken, welche sich dem gewünschten Messsignal überlagern. Einen entscheidenden Anteil des thermischen Rauschens liefern hierbei die dielektrischen Vielschichtsysteme, die in den derzeitigen Aufbauten die hohen Reflektivitäten der Resonatorspiegel gewährleisten. Alternativ wurde in dieser Arbeit das Potenzial so genannter resonanter Wellenleitergitter im Hinblick auf die Realisierung maximaler Reflektivitäten bei gleichzeitiger Minimierung der dielektrischen Beschichtung erstmals experimentell untersucht. Diese mikrooptischen Elemente versprechen aufgrund ihrer Dünnschicht-Gitterstruktur eine Reduzierung der notwendigen Schichtdicke und damit des thermischen Schichtrauschens um mindestens eine Größenordnung. Strukturen auf der Basis von Tantalpentoxid und Silizium in Verbindung mit Siliziumdioxid wurden experimentell realisiert und erfolgreich charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zudem zwei völlig neue Ansätze der Mikrostrukturierung einer dielektrischen Oberfläche entwickelt, die vollständig auf eine Beschichtung verzichten und damit rein monolithische Lösungen resonanter Wellenleitergitter darstellen. So konnte erstmals ein hochreflektierender monolithischer Resonatorspiegel auf der Basis von Silizium gezeigt werden, der Bestandteil eines Hoch-Finesse-Resonators war. Solch ein Resonatoraufbau spiegelt exakt die Ausgestaltung zukünftiger Experimente wider. Die Ergebnisse dieser Arbeit eröffnen einen Weg zu einer neuen Generation von hochempfindlichen Experimenten zur Erforschung fundamentaler Fragen der modernen Physik.The sensitivity of applications in the field of optical high-precision metrology such as interferometric gravitational wave detection or the realization of ultra stable reference cavities is limited by fundamental noise sources. These noises cause statistical surface fluctuations of the incorporated optical components which override the desired measurement signal. A significant thermal noise contribution is given by the dielectric multilayer coatings that are currently used to provide high-reflectivity of the cavity mirrors. Alternatively, this work experimentally investigated for the first time the capability of so-called guided-mode resonant waveguide gratings of reaching maximum reflectivity while reducing the necessary coating thickness. Due to their thin-film grating structure such microoptical elements suggest a reduction of the coating thickness and thus of the related thermal noise level by at least one order of magnitude. Grating structures based on tantalum pentoxide and silicon in combination with silicon dioxide have been fabricated and successfully characterized. Moreover, within this work two novel approaches of microstructuring dielectric surfaces have been developed which avoid any dielectric coating at all and thus provide purely monolithic solutions for resonant waveguide gratings. This includes the first demonstration of a monolithic high-reflectivity surface cavity mirror from a single silicon crystal which was part of a high-finesse standing-wave cavity. Such setups precisely execute the arrangement in the applications envisioned. The results of this thesis open the avenue to new generations of a variety of high-precision experiments targeting fundamental questions of physics

In search of cues: dung beetle attraction and the significance of volatile composition of dung

Volatile organic compounds (VOCs) provide animals with multiple cues about location, type, and condition of valuable resources such as food. In particular, odour cues are often essential for the localization and discrimination of resources with patchy distribution. Dung beetles (Scarabaeoidea) rely on such scented resources to locate food for their own diet and to provision their progeny. Despite the beetles’ mostly generalist choice across dung types, several studies showed that the beetles prefer some dung types over others. Yet, the importance of VOCs for dung localization and differentiation remains unclear. In this study, we used six single chemical components (indole, skatole, phenol, butyric acid, 2-butanone, and p-cresol), two different blends of these components, and six different dung types for a detailed behavioural analysis of dung beetles. We found very little specialization of beetle species towards specific VOCs. We found that dung baits and baits with synthetic compounds attracted similar communities of dung beetles, but the visitors of synthetic baits exhibited much lower diversity and abundance. The analysis of dung scent profiles of six types of dung revealed both, unique patterns in composition and ubiquitous components such as p-cresol. However, when we used a six-component blend of synthetic compounds, it turned out to be as attractive as three of the most attractive dung types in the field. Our findings highlight the significance of key VOCs, but, moreover, that dung beetles use a blend of specific components for resource localization

Realization of a monolithic high-reflectivity cavity mirror from a single silicon crystal

We report on the first experimental realization of a high-reflectivity cavity mirror that solely consists of a single silicon crystal. Since no material was added to the crystal, the urgent problem of 'coating thermal noise' that currently limits classical as well as quantum measurements is avoided. Our mirror is based on a surface nanostructure that creates a resonant surface waveguide. In full agreement with a rigorous model we realized a reflectivity of (99.79+/-0.01)% at a wavelength of 1.55 {\mu}m, and achieved a cavity finesse of 2784. We anticipate that our achievement will open the avenue to next generation high-precision experiments targeting fundamental questions of physics.Comment: Phys. Rev. Lett., accepte

Development and evaluation of digital learning tools promoting applicable knowledge in economics and German teacher education

Digital teaching interventions allow for tailor-made university teaching. This is especially relevant for teacher education, where applicable professional teaching knowledge needs to be promoted for later professional success. Digital teaching tools have been shown to be a promising supplement for this purpose. Even though the corresponding demands in teacher education have been increasing in recent years, the need to develop digital learning tools usable in instruction is still urgent. The TWIND project develops digital learning tools for teacher education and evaluates them in a quasi-experimental design. The present work investigates the usability and application of these newly developed tools. Sixty-three trainee teachers worked independently over four weeks with one of two digital learning tools, focusing on either ‘Multilingualism in Classrooms’ or ‘Professional Communication in Classrooms.’ This study includes a pre-post-test of pedagogical knowledge facets as well as student and instructor ratings on the digital tools. The digital learning tools led to a positive change in the respective target facets of pedagogical knowledge. The student and instructor feedback reflected positively on the usability and usefulness of the new digital tools. Based on these findings, the limitations of the study as well as implications for further research and teacher education practice have been outlined

In search of cues: dung beetle attraction and the significance of volatile composition of dung

Volatile organic compounds (VOCs) provide animals with multiple cues about location, type, and condition of valuable resources such as food. In particular, odour cues are often essential for the localization and discrimination of resources with patchy distribution. Dung beetles (Scarabaeoidea) rely on such scented resources to locate food for their own diet and to provision their progeny. Despite the beetles’ mostly generalist choice across dung types, several studies showed that the beetles prefer some dung types over others. Yet, the importance of VOCs for dung localization and differentiation remains unclear. In this study, we used six single chemical components (indole, skatole, phenol, butyric acid, 2-butanone, and p-cresol), two different blends of these components, and six different dung types for a detailed behavioural analysis of dung beetles. We found very little specialization of beetle species towards specific VOCs. We found that dung baits and baits with synthetic compounds attracted similar communities of dung beetles, but the visitors of synthetic baits exhibited much lower diversity and abundance. The analysis of dung scent profiles of six types of dung revealed both, unique patterns in composition and ubiquitous components such as p-cresol. However, when we used a six-component blend of synthetic compounds, it turned out to be as attractive as three of the most attractive dung types in the field. Our findings highlight the significance of key VOCs, but, moreover, that dung beetles use a blend of specific components for resource localization

Großversuche zur Prüfung der Vorhersagefähigkeit der im SFB 528 entwickelten Rechenmodelle

Ein Ziel des Sonderforschungsbereiches 528 war, das Verbundsystem auf allen Skalenebenen so präzise beschreiben zu können, dass eine hinreichende Genauigkeit bei der Berechnung des Tragverhaltens von Stahlbetonbauteilen mit Textilbetonverstärkung nicht nur bei der Nachrechnung, sondern auch bei der Prognose erreicht wird. Die Vorhersagequalität von Tragfähigkeiten für die Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung wurde mit Hilfe von Großversuchen nachgewiesen, deren Ergebnisse vor der Berechnung nicht bekannt waren. Anhand der bereitgestellten Materialparameter und Geometriedaten wurde in den numerischen Teilprojekten sowie in einem experimentell orientierten Teilprojekt das Tragverhalten prognostiziert. Danach wurden die Versuche durchgeführt. Die prognostizierten Traglasten wurden durch die Experimente bestätigt. Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Querkraftverstärkung, da eine detaillierte Beschreibung aller Versuche den Rahmen sprengen würde.One aim of the developments in the SFB 528 was the description of the compound system as precisely as possible at all scale levels that an adequate precision is not achieved by reinforced concrete components at the calculation of the load carrying behaviour with TRC reinforcements only at the historical calculation but also at the forecast. The forecast quality of load-capacities for the bend, shear and normal force strengthenings was proved with the help of large-scale experiments whose results were not confessed before the calculation. With the provided material parameters and geometry data the load carrying behaviour was forecast in the numeric subprojects as well as in an experimentally oriented subproject. After that the tests were carried out. The forecast loads were confirmed by the experiments. The paper on hand focuses on the shear strengthening since a detailed description of all tests would go beyond the scope

Großversuche zur Prüfung der Vorhersagefähigkeit der im SFB 528 entwickelten Rechenmodelle

Ein Ziel des Sonderforschungsbereiches 528 war, das Verbundsystem auf allen Skalenebenen so präzise beschreiben zu können, dass eine hinreichende Genauigkeit bei der Berechnung des Tragverhaltens von Stahlbetonbauteilen mit Textilbetonverstärkung nicht nur bei der Nachrechnung, sondern auch bei der Prognose erreicht wird. Die Vorhersagequalität von Tragfähigkeiten für die Biege-, Querkraft- und Normalkraftverstärkung wurde mit Hilfe von Großversuchen nachgewiesen, deren Ergebnisse vor der Berechnung nicht bekannt waren. Anhand der bereitgestellten Materialparameter und Geometriedaten wurde in den numerischen Teilprojekten sowie in einem experimentell orientierten Teilprojekt das Tragverhalten prognostiziert. Danach wurden die Versuche durchgeführt. Die prognostizierten Traglasten wurden durch die Experimente bestätigt. Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Querkraftverstärkung, da eine detaillierte Beschreibung aller Versuche den Rahmen sprengen würde.One aim of the developments in the SFB 528 was the description of the compound system as precisely as possible at all scale levels that an adequate precision is not achieved by reinforced concrete components at the calculation of the load carrying behaviour with TRC reinforcements only at the historical calculation but also at the forecast. The forecast quality of load-capacities for the bend, shear and normal force strengthenings was proved with the help of large-scale experiments whose results were not confessed before the calculation. With the provided material parameters and geometry data the load carrying behaviour was forecast in the numeric subprojects as well as in an experimentally oriented subproject. After that the tests were carried out. The forecast loads were confirmed by the experiments. The paper on hand focuses on the shear strengthening since a detailed description of all tests would go beyond the scope

Barrieren des Demografiemanagements überwinden und Wandel erfolgreich gestalten: Barriereanalysetool

Die Broschüre „Barrieren des Demografiemanagements überwinden und Wandel erfolgreich gestalten“ beinhaltet mit dem Barriereanalysetool einen Selbstcheck, mit dem Unternehmen testen können, welches Bewusstsein für das Demografiemanagement in ihrem Unternehmen herrscht und welche Instrumente des Demografiemanagements angewendet werden. Anhand der Auswertung des Selbstchecks können die Unternehmen ablesen, welche Relevanz die demografischen Entwicklungen (u.a. Fachkräftemangel, alternde Belegschaft) in ihrem Unternehmen aktuell haben. Darüber hinaus werden praktische Handlungsempfehlungen und Tipps für weitere Aktivitäten in dem jeweiligen Themengebiet vorgestellt.:Vorwort Wie kann das Analysetool eingesetzt werden? 1 Instrumente des Demografiemanagements 2 Barrieren 2.1 Unterstützer des Demografiemanagements 2.2 Wahrnehmung der demografischen Herausforderungen 2.3 Nutzung demografiespezifischer Ressourcen 2.4 Generationenmanagement 2.5 Entwicklung und Anpassung des Personalmanagements 2.6 Stellung des Personalmanagements im Unternehmen 3 Fazit 4 Erweiterte Literaturzusammenfassun