可实现更加灵敏的引力波探测器的新型激光技术

更加同质化的激光束

目前使用的所有激光系统的引力波探测器的光束，其中心的强度比边缘处的强度要高。这将导致一个不希望由于镜面表面的波动所引起的引力波探测器的测量精度问题。这种所谓的热噪声可以由一个更均匀的激光强度分布来改善。

在2013年，该研究小组演示了如何获得更均匀的高功率激光光束，创造出所谓的LG33模式。现在，Andreas Noack已完成了自己的硕士论文，Benno Willke的团队正在尝试如何将这些激光束应用到未来的引力波探测器中。

进入探测器的第一步是一个被称为预测模式清洁器的装置，它优化了光束轮廓并减少了光束抖动。Willke的团队发现新的LG33光束兼容了当前所使用的预测清洁模式。研究人员还展示了如何解决这个问题。他们开发了一种新的预先清洁模式，这与LG33激光模式兼容。

“下一代引力波探测器的设计还未完成，”Willke说。“因此，我们正在测试不同类型的激光器，发现尽可能多的选项，尽可能实现新的引力波探测器。有了LG33激光束，我们现在进步了一大步。”

提高激光发射功率的稳定性用于新型引力波的探测

所有的干涉引力波探测器，像LIGO、VIRGO和GEO600等都是依靠激光系统，并需要保持他们的高输出功率在一年内稳定，其功率在时间尺度上的波动非常小。Benno Willke的研究小组在这一研究领域具有世界领先的地位。他们建立了激光系统GEO600和高级LIGO，没有这种设备，2015九月份的首次直接探测引力波是不可能实现的。

现在，Jonas Junker在Willke的团队中的硕士研究中已经进一步完善了现有的电力稳定系统。激光光束的一部分被去除，实现探测器的多个分布式，从而精确确定总功率。如果变化，主激光功率相应地进行校正。在他们的实验中，科学家们扩展了当前的系统，除此之外，另一个光电探测器还可以控制和校正激光束的指向。

在爱因斯坦研究所内，改进后的功率稳定方案已成功应用于35瓦的激光系统的10米原型干涉仪。该原型是由汉诺威的研究人员为第三代探测器的技术的示范和测试，并在这些仪器中进行了量子力学效应的研究。功率稳定度达到五倍，高于其他组的可比实验。这个结果与独立的桌面实验的结果吻合度非常好。

“在隔离外界环境之外的光学实验室中进行的实验与10米原型复杂的大型实验完全不同。我们第一次发现它是可以从一个桌面实验稳定性优良的水平进行转移出来的，”Willke说。“我们发现，这些光电二极管阵列像预期那样工作，这意味着它也应该能够用于相同的多探测器阵列，应用于先进的LIGO，且达到这种高稳定性。”