更加同質(zhì)化的激光束

目前使用的所有激光系統(tǒng)的引力波探測器的光束，其中心的強(qiáng)度比邊緣處的強(qiáng)度要高。這將導(dǎo)致一個不希望由于鏡面表面的波動所引起的引力波探測器的測量精度問題。這種所謂的熱噪聲可以由一個更均勻的激光強(qiáng)度分布來改善。

在2013年，該研究小組演示了如何獲得更均勻的高功率激光光束，創(chuàng)造出所謂的LG33模式?，F(xiàn)在，Andreas Noack已完成了自己的碩士論文，Benno Willke的團(tuán)隊正在嘗試如何將這些激光束應(yīng)用到未來的引力波探測器中。

進(jìn)入探測器的第一步是一個被稱為預(yù)測模式清潔器的裝置，它優(yōu)化了光束輪廓并減少了光束抖動。Willke的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)新的LG33光束兼容了當(dāng)前所使用的預(yù)測清潔模式。研究人員還展示了如何解決這個問題。他們開發(fā)了一種新的預(yù)先清潔模式，這與LG33激光模式兼容。

“下一代引力波探測器的設(shè)計還未完成，”Willke說。“因此，我們正在測試不同類型的激光器，發(fā)現(xiàn)盡可能多的選項，盡可能實現(xiàn)新的引力波探測器。有了LG33激光束，我們現(xiàn)在進(jìn)步了一大步。”

提高激光發(fā)射功率的穩(wěn)定性用于新型引力波的探測

所有的干涉引力波探測器，像LIGO、VIRGO和GEO600等都是依靠激光系統(tǒng)，并需要保持他們的高輸出功率在一年內(nèi)穩(wěn)定，其功率在時間尺度上的波動非常小。Benno Willke的研究小組在這一研究領(lǐng)域具有世界領(lǐng)先的地位。他們建立了激光系統(tǒng)GEO600和高級LIGO，沒有這種設(shè)備，2015九月份的首次直接探測引力波是不可能實現(xiàn)的。

現(xiàn)在，Jonas Junker在Willke的團(tuán)隊中的碩士研究中已經(jīng)進(jìn)一步完善了現(xiàn)有的電力穩(wěn)定系統(tǒng)。激光光束的一部分被去除，實現(xiàn)探測器的多個分布式，從而精確確定總功率。如果變化，主激光功率相應(yīng)地進(jìn)行校正。在他們的實驗中，科學(xué)家們擴(kuò)展了當(dāng)前的系統(tǒng)，除此之外，另一個光電探測器還可以控制和校正激光束的指向。

在愛因斯坦研究所內(nèi)，改進(jìn)后的功率穩(wěn)定方案已成功應(yīng)用于35瓦的激光系統(tǒng)的10米原型干涉儀。該原型是由漢諾威的研究人員為第三代探測器的技術(shù)的示范和測試，并在這些儀器中進(jìn)行了量子力學(xué)效應(yīng)的研究。功率穩(wěn)定度達(dá)到五倍，高于其他組的可比實驗。這個結(jié)果與獨立的桌面實驗的結(jié)果吻合度非常好。

“在隔離外界環(huán)境之外的光學(xué)實驗室中進(jìn)行的實驗與10米原型復(fù)雜的大型實驗完全不同。我們第一次發(fā)現(xiàn)它是可以從一個桌面實驗穩(wěn)定性優(yōu)良的水平進(jìn)行轉(zhuǎn)移出來的，”Willke說。“我們發(fā)現(xiàn)，這些光電二極管陣列像預(yù)期那樣工作，這意味著它也應(yīng)該能夠用于相同的多探測器陣列，應(yīng)用于先進(jìn)的LIGO，且達(dá)到這種高穩(wěn)定性。”