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精密可变形镜检测来自深空的新的重力波源

时间：2022-04-16 14:25:07 来源：

引力波检测器的热驱动镜：该图示出了热双簧光镜的横截面及其成分。控制镜子的温度改变了反射波前的曲率。覆盖在横截面上是模拟的径向应力，示出了两层边界处的应力浓度，其中粘合剂将结构保持在一起。

改进的可变形精密镜可以提高重力波检测器的灵敏度，以帮助科学家从空间深处检测新的引力源。

研究人员开发了一种新型可变形镜，可以提高地面重力波检测器的敏感性，例如高级激光干涉仪重力波观测台（Ligo）。高级Ligo测量名为重力波的时空涟漪，这是由遥远的事件（例如黑洞或中子恒星）之间的碰撞引起的。

“除了改善当今的引力波检测器之外，这些新镜子还可用于增加下一代探测器的敏感性，并允许检测新的引力波来源，”来自阿德莱德大学的研究团队领导人Huy Tuong Cao表示澳大利亚引力波浪发现的卓越中心（Ozgrav）。

用于形状和控制激光的可变形镜具有由微小反射镜制成的表面，每个镜子可以各自移动或致动，以改变镜子的整体形状。如在光学社会（OSA）第一次内，CAO和同事首次具有可变形镜，基于其使用温度变化来实现机械位移的双金属效果。

“我们的新镜子提供了大的致动范围，精确度，”曹说。“设计的简单性意味着它可以将商业上可获得的光学变成可变形镜，而无需任何复杂或昂贵的设备。这使得对于任何精确控制光束形状至关重要的系统都是有用的。“

新技术是由曹和艾丹的南方利奥·佛罗里达州（Aidan Brooks）构思为阿德莱德大学和利戈实验室之间的访客计划的一部分，由澳大利亚研究理事会和国家科学基金会资助。

建立一个更好的镜子

基于地面的重力波检测器使用激光来回行驶的干涉仪的两臂，以监测每个手臂末端的镜子之间的距离。引力波导致镜子之间的距离略微但可检测的变化。

检测到这种微小的变化需要极其精确的激光束转向和成形，这是用可变形镜子完成的。

“我们正在达到提高引力波检测器的灵敏度所需的精度超出了可以通过用于制造可变形镜的制造技术来实现的精确度，”Cao说。

最可变形的镜子使用薄镜诱导大量的致动，但这些薄镜可以产生不希望的散射，因为它们很难抛光。研究人员通过将一块金属连接到玻璃镜，设计了一种新型可变形镜。当两个被加热在一起时，金属比玻璃更加膨胀，导致镜子弯曲。

新设计不仅创造了大量的精确致动，而且还具有紧凑，需要对现有系统进行最低修改。用于产生可变形镜的熔融石英镜和铝板都是可商购的。为了附加两层，研究人员仔细选择了最大化致动的粘合粘合剂。

“重要的是，新设计具有较少的光学表面，用于激光束穿过，表示CAO。“这减少了通过散射或吸收涂层引起的光损失。”

精确表征

创建高精度镜像需要精确表征技术。研究人员开发并建立了一个高度敏感的Hartmann波前传感器，以测量镜子的变形方式改变了激光的形状。

“该传感器对我们的实验至关重要，也用于引力探测器，以测量干涉仪的核心光学元件的微小变化，”Cao说。“我们用它来表征镜子的性能，发现镜子非常稳定，并且对温度变化具有非常线性的响应。”

该测试还表明，粘合剂是镜子致动范围的主要限制因子。研究人员目前正致力于克服粘合剂引起的限制，并将在将镜子纳入高级Ligo之前进行更多测试以验证兼容性。

参考：“高动态范围热驱动的Bimorph镜引力波探测器”由Huy Tuong Cao，Aidan Brooks，Sebastian Ws Ng，David Ottaway，Antonio Perreca，Jonathan W. Richardson，Aria Chaderjian和Peter J.Veitch，3月20日，应用光学.doi：
10.1364 / AO.376764

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