冷却镜面上分子吸附层的形成及其对低温引力波望远镜的影响

日本 KAGRA 引力波望远镜已引入低温镜面，并计划用于下一代引力波望远镜以进一步提高灵敏度。真空室内的分子气体在撞击低温表面时因失去动能而附着于冷镜面。最终，大量吸附分子形成吸附层，并随时间增长。不断增长的吸附层充当光学涂层，改变底层镜面的反射率、透射率和吸收率等特性，而这些特性经过精心选择以最大化探测器灵敏度。该吸附层可能影响引力波探测器灵敏度。为表征这些变化，我们在 KAGRA 低温恒温器中引入高精细度 Fabry--Perot 腔，并在低温条件下监测腔体精细度达 35 天。我们确认冷镜面上形成了分子吸附层，并引起精细度振荡。吸附层的折射率实部和虚部分别为 $1.26 \pm 0.073$ 和 $2.2 \times 10^{-7} \pm 1.3 \times 10^{-7}$，被认为是 $\mathrm{H_2O}$ 分子的值。分子吸附层的形成速率为 27 $\pm$ 1.9 $\mathrm{nm/day}$。本文描述了关于低温镜面上分子吸附层形成的理论与实验研究。此外，还讨论了分子吸附层对量子噪声及测试质量输入热的影响。