用于克服引力波探测器激光功率限制的误差信号

提升引力波天文台量子极限灵敏度的一个主要障碍是兆瓦级激光功率下测试质量产生的热畸变。一种新型高阶波前校正技术的最新进展——即在测试质量表面靠近边缘处施加校正加热分布——连同其他计划中的仪器升级，有望使未来探测器的量子噪声底降低十倍。然而，在实践中实现高水平的量子噪声降低，关键在于识别可测量的误差信号以精细控制每个波前执行器，从而在整个反射镜孔径上将波前误差抑制至几纳米的精度。目前 LIGO 中尚不存在此类误差信号的直接来源。我们证明，对每个测试质量表面进行热成像可以提供这些关键的误差信号。我们表明，从热成像获得的表面温度分布可以唯一地映射到反射镜的有限元模型上，从而识别其完整的热状态，实现全孔径波前重建，并为实时精密波前控制提供直接的误差信号。这种新的传感能力在95%的置信度下可使 LIGO A+ 的应变灵敏度提升高达34%，将双中子星并合的天空平均探测距离增加11 Mpc，并将成为美国下一代40公里引力波天文台 Cosmic Explorer 不可或缺的组成部分。