Автореферат (Многопараметрическая оптимизация лазерных интерферометрических детекторов гравитационных волн), страница 4

Кроме того, рассматриваемыепроекты находятся на этапе начальной разработки, и любая модель их техни­ческого шума во многом не определена. Поэтому в качестве опорной кривойℎ(Ω), которая оценивает снизу достижимый уро­использовалась функция refвень квантового шума в условиях фиксированных оптических потерь. Про­никающее в интерферометр за счет потерь некоррелированное излучение ввакуумном состоянии создает в детекторе как дополнительный шум обратно­го флуктуационного влияния, так и увеличивает измерительный шум прибо­ра. Первая составляющая дополнительного шума играет роль низкочастногопредела чувствительности, а вторая ограничивает полный шум детектора навысоких частотах.Важно отметить, что единственный интерферометр Саньяка с относи­тельно “шумящим” фильтрующим резонатором способен достигать высокойчувствительности, планируемой для проекта Einstein Telescope — ксилофон­ной конфигурации двух интерферометров Майкельсона, каждый из которыхдополнен предварительной фильтрацией инжектируемых сжатых состояний.Такой вывод следует непосредственно из сравнения соответствующих кри­вых, представленных на Рис.

5.В Заключении сформулированы основные результаты и выводыработы:1. Выполнена совместная оптимизация квантового шума и броуновскогошума покрытий зеркал в лазерных детекторах гравитационных волн, в част­ности, при инжекции сжатых квантовых состояний. Показано, что в детек­торах второго поколения совместная оптимизация этих шумов может обеспе­чить рост отношения сигнал-шум на 20-30% в зависимости от типа источника17сигнала.2. Показано, что используя эффект отрицательной оптической инерции,который может иметь место в лазерных интерферометрах с двухчастотнойнакачкой, можно значительно (почти в 2 раза) увеличить отношение сигнал­шум для низкочастотных источников гравитационно-волнового излучения(типа слияний черных дыр с черными дырами или черных дыр с нейтрон­ными звездами).3.

Предложен новый режим антисимметричных оптических накачек, кото­рый, за счет использования квантовых корреляций между шумами обратно­го флуктуационного влияния этих накачек, обеспечивает схожую со случаемквантового измерителя скорости частотную зависимость квантового шума.Этот режим позволяет в широкой полосе частот достигать и до некоторойстепени превосходить стандартный квантовый предел.4.

Показано, что используя несколько пар антисимметричных накачек, мож­но создать ксилофонную конфигурацию детектора в рамках единственногоинтерферометра Майкельсона. Такая схема позволяет чрезвычайно гибко из­менять частотную зависимость спектральной плотности квантового шума,оптимизируя ее под различные источники сигнала.5. Выполнен расчет квантовых шумов для планируемого детектора тре­тьего поколения, основанного на интерферометре Саньяка с длиной плеч,не позволяющей использовать стандартное одномодовое приближение. Пока­зано, что такой детектор способен обеспечить чувствительность измерений,сравнимую с чувствительностью двух интерферометров Майкельсона в кси­лофонной конфигурации.

При этом детектор Саньяка существенно менее тре­бователен к степени оптических потерь в фильтрующем резонаторе — допу­стимая величина удельных потерь (на единицу длины) может быть увеличенапримерно в 10 раз.В Приложениях приведены некоторые таблицы с результатами и рядполученных формул.18Список публикацийA1. Voronchev N. V., Danilishin S. L., Khalili F. Y. Trade-off between quantumand thermal fluctuations in mirror coatings yields improved sensitivity ofgravitational-wave interferometers // Physical Review D. 2012.

Vol. 86,no. 12. P. 122003(1–12).A2. Ворончев Н. В., Данилишин Ш. Л., Халили Ф. Я. Отрицательная оптиче­ская инерция в оптомеханических системах // Оптика и Спектроскопия.2012. Т. 112, № 3. С. 418–426.A3. Korobko M., Voronchev N., Miao H., Khalili F. Y. Paired carriers as a way toreduce quantum noise of multicarrier gravitational-wave detectors // PhysicalReview D. 2015. Vol. 91, no. 4. P. 042004(1–13).A4. Ворончев Н. В., Данилишин Ш. Л., Халили Ф. Я. Интерферометр Санья­ка как гравитационно-волновой детектор третьего поколения // ВестникМосковского Университета, серия 3: физика и астрономия.

2014. № 6.С. 81–89.A5. Voronchev N. V., Tarabrin S. P., Danilishin S. L. Broadband detuned Sagnacinterferometer for future generation gravitational wave astronomy. 2015.arXiv:1503.01062.A6. Acernese F., Barone F., . . . , Voronchev N. et al. Concepts and research forfuture detectors // General Relativity and Gravitation. 2014. Vol.

46, no. 5.P. 1700.A7. Hild S., Barr B., . . . , Voronchev N. LIGO 3 Strawman Design, Team Red.2012. URL: https://dcc.ligo.org/LIGO-T1200046/public.19Цитированная литература1. Narayan R., Piran T., Shemi A. Neutron star and black hole binaries in theGalaxy // Astrophys. J. 1991. Vol. 379. P. L17–L20.2. Phinney E.

S. The rate of neutron star binary mergers in the universe - Min­imal predictions for gravity wave detectors // Astrophys. J. 1991. Vol. 380.P. L17–L21.3. Postnov K. A., Yungelson L. R. The Evolution of Compact Binary Star Sys­tems // Living Reviews in Relativity.

2006. Vol. 9, no. 6. P. 1–108.4. Weber J. Gravitational-Wave-Detector Events // Physical Review Letters.1968. Vol. 20. P. 1307–1308.5. Брагинский В. Б. Классические и квантовые ограничения при обнаруже­нии слабых воздействий на макроскопический осциллятор // Журнал экс­периментальной и теоретической физики. 1967. Т. 53. С. 1434–1441.6. Kimble H. J., Levin Y., Matsko A. B. et al.

Conversion of conventional grav­itational-wave interferometers into QND interferometers by modifying theirinput and/or output optics // Physical Review D. 2001. Vol. 65, no. 2.P. 022002(1–31).7. Braginsky V. B., Khalili F. Y. Gravitational wave antenna with QND speedmeter // Physics Letters A.

1990. Vol. 147, no. 5–6. P. 251–256.8. Chen Y. Sagnac interferometer as a speed-meter-type, quantum-nondemolitiongravitational-wave detector // Physical Review D. 2003. Vol. 67, no. 12.P. 122004(1–11).9. Kondratiev N. M., Gurkovsky A.

G., Gorodetsky M. L. Thermal noise andcoating optimization in multilayer dielectric mirrors // Physical Review D.2011. Vol. 84, no. 2. P. 022001(1–9).2010. Callen H. B., Welton T. A. Irreversibility and Generalized Noise // PhysicalReview Series II.

1951. Vol. 83, no. 1. P. 34–40.11. Caves C. M. Quantum-mechanical noise in an interferometer // Physical Re­view D. 1981. Vol. 23, no. 8. P. 1693–1708.12. Unruh W. G. Quantum Noise in the Interferometer Detector // QuantumOptics, Experimental Gravity, and Measurement Theory, Ed. by P. Meystre,M. O.

Scully. New York: Plenum Press, 1983. P. 647–660.13. Vyatchanin S. P., Zubova E. A. Quantum variation measurement of force //Physics Letters A. 1995. Vol. 201, no. 4. P. 269–274.14. Hello P., Vinet J.-Y. Analytical models of thermal aberrations in massivemirrors heated by high power laser beams // J. Phys. France. 1990. Vol. 51,no. 12. P. 1267–1282.15. Rehbein H., Müller-Ebhardt H., Somiya K.

et al. Double optical spring en­hancement for gravitational-wave detectors // Physical Review D.2008.Vol. 78, no. 6. P. 062003(1–11).16. Khalili F. Y., Danilishin S. L., Müller-Ebhardt H. et al. Negative opticalinertia for enhancing the sensitivity of future gravitational-wave detectors //Physical Review D. 2011. Vol. 83, no. 6. P.

062003(1–7).17. Braginsky V. B., Khalili F. Y. Low-noise rigidity in quantum measurements //Physical Review A. 1999. Vol. 257, no. 5–6. P. 241–246.18. Sun K.-X., Fejer M. M., Gustafson E. et al. Sagnac Interferomer for Gravi­tational-Wave Detection // Physical Review Letters. 1996. Vol. 76, no. 17.P. 3053–3056.21.