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提高引力波探测器灵敏度的精密反射镜

提高引力波探测器灵敏度的精密反射镜
时间: 2020-03-31 14:12 浏览次数:
近日,澳大利亚的研究人员们开发了一种新型的可变形反射镜,可以提高如先进的激光干涉引力波天文台(LIGO)这样的地面引力波探测器的灵敏度。LIGO测量的是时空中被称为引力波的微弱

近日,澳大利亚的研究人员们开发了一种新型的可变形反射镜,可以提高如先进的激光干涉引力波天文台(LIGO)这样的地面引力波探测器的灵敏度。LIGO测量的是时空中被称为引力波的微弱波纹,引力波由遥远的事件引起,比如黑洞或中子星之间的碰撞。
       地面引力波探测器利用激光在干涉仪的两个臂上来回移动,来监测每个臂端反射镜之间的距离。引力波在两个反射镜之间的距离上引起了轻微但可检测到的变化。检测这种微小的变化需要极其精确的激光束引导和成形,这就可以通过可变形反射镜来完成。
      这种可变形反射镜的表面由微小的镜子组成,每一面镜子都可以移动或驱动,从而改变镜子的整体形状。研究人员们首次制造了基于双金属效应的可变形镜,利用温度变化来实现机械位移。
      大多数可变形反射镜使用薄反射镜来产生大范围的驱动,但这些薄反射镜因为难以抛光会产生不需要的散射。研究人员设计的这种新型的可变形反射,利用双金属效应,将一块金属贴到玻璃镜子上。当两者一起加热时,金属的膨胀超过玻璃,导致镜子弯曲。
       这种新设计不仅创造了大范围的精确驱动器,而且结构紧凑,对现有系统进行修改的程度最小。熔融石英镜和用于制造可变形反射镜的铝板均可在市场上买到。研究人员精心选择了一种粘合剂把这两层粘在一起。新的设计减少了激光束通过的光学表面。从而减少了由于涂层的散射或吸收而造成的光损耗。
       制造高精度的反射镜需要精确的表征技术。研究人员开发并制造了一个高度灵敏的哈特曼波前传感器,用来测量镜子的变形是如何改变激光的形状的。这个传感器对实验至关重要,它也被用于重力探测器来测量干涉仪中核心光学原件的微小变化。研究人员们用它来表征反射镜性能,发现反射镜高度稳定,对温度变化的响应非常线性。
       实验还表明,粘合剂是影响反射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,并进行更多的测试来验证兼容性,然后再将反射镜整合到先进的LIGO中。

图:热双晶镜的横截面及其组成,控制反射镜的温度会改变反射波前的曲率。

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