愛因斯坦研究所新型引力波探測器面世 靈敏度極高

　　近日，愛因斯坦研究所的研究人員提出了兩種新的技術，能夠進一步提高未來的引力波探測器的靈敏度。

　　一年前，人們第一次直接探測到了引力波。來自普朗克引力物理研究所(艾伯特愛因斯坦研究所AEI)，以及來自萊布尼茨大學漢諾威分校，以及來自漢諾威激光中心公司(LZH)的激光專家在這一發現中發揮了主要作用，因為他們所使用的美國的激光干涉引力波天文臺中的核心儀器具有超精密激光技術能夠進行弱引力波信號的檢測。

　　現在，馬克斯普朗克學會也加強了第三代引力波探測器的激光系統的發展。愛因斯坦研究所與漢諾威激光中心進行合作，在未來的五年計劃投入375萬歐元的研究經費，進行新型激光器Zentrum的研制，漢諾威研究中心收到超過未來五年375萬歐元的研究經費，進行新型激光器以及提高其穩定方法的研究。

　　“我們已經取得了重要突破，”BennoWillke教授說，他是愛因斯坦研究所激光發展組的組長。“我們的工作是進一步研究干涉引力波探測器中所使用的另外一種新型的激光束。此外，我們已經展示了如何提高功率穩定，即在探測器中所使用的高功率激光器的穩定性。這是未來天文學中引力波研究的重要步驟，”這一研究結果發表在著名的科學雜志《光學快報》上，并得到了編輯們的重視。

　　更加同質化的激光束

　　目前使用的所有激光系統的引力波探測器的光束，其中心的強度比邊緣處的強度要高。這將導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，創造出所謂的LG33模式。現在，AndreasNoack已完成了自己的碩士論文，BennoWillke的團隊正在嘗試如何將這些激光束應用到未來的引力波探測器中。

　　進入探測器的第一步是一個被稱為預測模式清潔器的裝置，它優化了光束輪廓并減少了光束抖動。Willke的團隊發現新的LG33光束兼容了當前所使用的預測清潔模式。研究人員還展示了如何解決這個問題。他們開發了一種新的預先清潔模式，這與LG33激光模式兼容。

　　“下一代引力波探測器的設計還未完成，”Willke說。“因此，我們正在測試不同類型的激光器，發現盡可能多的選項，盡可能實現新的引力波探測器。有了LG33激光束，我們現在進步了一大步。”

　　提高激光發射功率的穩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，并需要保持他們的高輸出功率在一年內穩定，其功率在時間尺度上的波動非常小。BennoWillke的研究小組在這一研究領域具有世界領先的地位。他們建立了激光系統GEO600和高級LIGO，沒有這種設備，2015九月份的首次直接探測引力波是不可能實現的。

　　現在，JonasJunker在Willke的團隊中的碩士研究中已經進一步完善了現有的電力穩定系統。激光光束的一部分被去除，實現探測器的多個分布式，從而精確確定總功率。如果變化，主激光功率相應地進行校正。在他們的實驗中，科學家們擴展了當前的系統，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，改進后的功率穩定方案已成功應用于35瓦的激光系統的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的示范和測試，并在這些儀器中進行了量子力學效應的研究。功率穩定度達到五倍，高于其他組的可比實驗。這個結果與獨立的桌面實驗的結果吻合度非常好。

　　“在隔離外界環境之外的光學實驗室中進行的實驗與10米原型復雜的大型實驗完全不同。我們第一次發現它是可以從一個桌面實驗穩定性優良的水平進行轉移出來的，”Willke說。“我們發現，這些光電二極管陣列像預期那樣工作，這意味著它也應該能夠用于相同的多探測器陣列，應用于先進的LIGO，且達到這種高穩定性。”