开发一种用于暗物质探测的激光——稳定于超稳态硅冷却 Fabry-Perot 腔体
天体物理仪器与方法
2025-07-14 v1
摘要
天文观测表明，宇宙中存在一种未知类型的物质，基于 CDM 模型。暗物质研究涉及从大质量天体到超轻标量场的能量尺度，其中超轻标量场是本工作关注的重点。据推测，超轻标量场会影响物体的长度，而光速保持不变。因此，Fabry-Perot 腔体是探测超轻暗物质的理想工具，因为腔体长度的波动可在稳定于其上的激光频率上被检测到。在 FEMTO-ST，我们搭建了一个适用于测试超轻暗物质探测的超稳态硅腔体，能量范围接近 eV。我们的 14 cm 腔体由两个光学键合于超刚性 spacer 上的镜子组成，每个部件均由单晶硅制成， cooled至 17 K 以消除硅 spacer 的一次热膨胀系数。激光的投影分数频率稳定性为 ，主要受非晶介质反射涂层的热噪声限制。为达到这一卓越稳定性，必须将若干效应压制在热噪声限制以下。虽然残余幅度调制的贡献目前已可接受，但我们正在实施一种残余波动低于 3~nW 的激光功率锁定方案，以及基于压电陶瓷的 servo 回路，以主动降低振动噪声，其在 1 Hz 处必须小于 。本文将报告我们超稳激光开发的进展，以及在超轻暗物质存在下的腔体机械响应。
关键词
引用
@article{arxiv.2507.08176,
title = {Development of a laser stabilized on an ultra-stable silicon cryogenic Fabry-Perot cavity for dark matter detection},
author = {Yara Hariri and Jacques Millo and Clément Lacroûte and Joannès Barbarat and Yann Kersalé and Jonathan Gillot},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.08176},
year = {2025}
}