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精密反射镜将提高河内香引力波探测器的灵敏度

物理学 2021-11-24 23:58:26

由光学学会 该图示出了热双压电晶片反射镜及其组成部分的横截面

控制反射镜的温度会改变反射波前的曲率

覆盖在横截面上的是模拟的径向应力,显示了两层边界处的应力集中,在此处粘合剂将结构固定在一起

学分:阿德莱德大学胡图昂曹 研究人员开发了一种新型的可变形反射镜,可以提高地面引力波探测器的灵敏度,例如高级激光干涉仪引力波观测站(LIGO)

高级LIGO测量时空中称为引力波的微弱波纹,引力波是由遥远的事件引起的,如黑洞或中子星之间的碰撞

“除了改进今天的引力波探测器,这些新的反射镜还将有助于提高下一代探测器的灵敏度,并允许探测引力波的新来源,”澳大利亚引力波发现卓越中心阿德莱德大学的研究小组组长胡图昂·曹说

可变形反射镜用于塑造和控制激光,它有一个由微小反射镜组成的表面,每个反射镜都可以移动或启动,以改变反射镜的整体形状

正如光学学会(OSA)的《应用光学》杂志所详细介绍的那样,曹和他的同事们首次制作了一种基于双金属效应的可变形反射镜,利用温度变化来实现机械位移

“我们的新反光镜提供了很大的驱动范围和很高的精度,”曹说

“这种设计的简单性意味着它可以将市场上可买到的光学器件变成可变形的镜子,而无需任何复杂或昂贵的设备

这使得它对于精确控制光束形状至关重要的任何系统都很有用

" 这项新技术是由澳大利亚研究委员会和国家科学基金会资助的阿德莱德大学和LIGO实验室之间的一个访问项目的一部分,由曹和的艾丹·布鲁克斯共同构思的

打造更好的镜子 陆基引力波探测器利用激光在干涉仪的两臂之间来回传播,来监测两臂末端反射镜之间的距离

引力波会使镜子之间的距离产生微小但可察觉的变化

检测这种微小的变化需要极其精确的激光束控制和整形,这是通过一个可变形的镜子来实现的

曹说:“我们正在达到一个点,即提高引力波探测器灵敏度所需的精度超出了制造可变形反射镜的制造技术所能实现的范围。”

大多数可变形反射镜使用薄反射镜来引起大量的激励,但是这些薄反射镜会产生不期望的散射,因为它们难以抛光

研究人员利用双金属效应,将一块金属附着在玻璃镜上,设计了一种新型的变形镜

当两者一起加热时,金属比玻璃膨胀得更多,导致镜子弯曲

新设计不仅产生了大量精确的驱动,而且结构紧凑,只需对现有系统进行最小的修改

用于制造可变形反射镜的熔融石英反射镜和铝板都是可以买到的

为了连接这两层,研究人员仔细选择了一种可以最大化驱动的粘合剂

“重要的是,新的设计有更少的光学表面让激光束通过,”曹说

这减少了涂层散射或吸收造成的光损失

" 精确表征 创建一个高度精确的镜子需要精确的表征技术

研究人员开发并建造了一个高灵敏度的哈特曼波前传感器,来测量镜子的变形如何改变激光的形状

曹说:“这个传感器对我们的实验至关重要,它还被用于重力探测器,以测量干涉仪核心光学系统的微小变化。”

“我们用它来表征镜子的性能,发现镜子非常稳定,对温度变化的响应非常线性

" 试验还表明,粘合剂是后视镜驱动范围的主要限制因素

研究人员目前正在努力克服粘合剂造成的限制,并将在将镜子纳入先进LIGO之前进行更多测试以验证兼容性

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