通过展平光束降低引力波干涉仪中的热弹性噪声
摘要
在先进LIGO干涉仪的基线设计中，最严重的噪声源是臂腔镜面上微小的、动态起伏的凹凸，由镜面蓝宝石基底中热量的随机流动引起：即所谓的“热弹性噪声”。我们提议将干涉仪基线臂腔中具有高斯形强度分布的光束替换为具有台面形分布的光束，该光束在中心约7厘米半径内是平坦的，然后在LIGO 4公里臂中尽可能快地因衍射而降至零。台面光束比高斯光束能更有效地平均凹凸。因此，如果调整光束半径使每次反射的衍射损耗约为10 ppm，用台面光束替换高斯光束可将热弹性噪声功率降低约3倍。如果其他热噪声保持可忽略，这将使先进LIGO在约等于频率的带宽上超越标准量子极限约1.5倍，并且旋进中子星双星的事件率将增加约2.5倍。所需的台面光束可以通过将臂腔镜面形状从基线球形（曲率半径约60公里）改为墨西哥帽（MH）形状来从输入的高斯轮廓激光产生，该形状中心有一个浅凸起，但在中心10厘米内比球面镜平坦得多，然后在外围6厘米处像阔边帽一样强烈向上翘起。我们从数学上描述了台面光束和MH镜，并报告了广泛建模计算的结果，这些结果表明台面光束干涉仪对镜面形状、位置和取向误差的敏感度并不比高斯光束干涉仪高多少。
引用
@article{arxiv.gr-qc/0409075,
title = {Reducing Thermoelastic Noise in Gravitational-Wave Interferometers by Flattening the Light Beams},
author = {Erika D'Ambrosio and Richard O'Shaughnessy and Sergey Strigin and Kip S. Thorne and Sergey Vyatchanin},
journal= {arXiv preprint arXiv:gr-qc/0409075},
year = {2007}
}
备注
Submitted to Physical Review D on 13 September, 2004; Revtex; 26 pages, 10 figures. This paper is a close companion to gr-qc/0409050 "The implications of Mexican-hat mirrors: calculations of thermoelastic noise and interferometer sensitivity to perturbations for the Mexican-hat mirror proposal for advanced LIGO" by O'Shaugnessy, Strigin and Vyatchanin