Общерелятивистский анализ предельной чувствительности возможных конфигураций лазерных гравитационно-волновых антенн, страница 4

Другим недостатком предложенной схемы является наличиеоптических шумов лазеров.Таким образом, в третьей части диссертационной работы предложена ипроанализирована модель ГВ детектора на основе резонатора Фабри-Перос двойной накачкой, свободного от шумов смещений зеркал резонатора. Получено выражение для отклика такого ГВ детектора, который помимо ГВсигнала, пропорционального нулевой степени отношения L/λGW , включаеттакже вакуумные шумы, шумы лазеров и шумы смещений измерительнойаппаратуры.13Часть 4. Двойной интерферометр Майкельсона/Фабри-Перо какгравитационно-волновой детектор свободный от шумов лазера ишумов смещений пробных массРассмотрение резонансных бесшумных ГВ детекторов является актуальнымс точки зрения усиления бесшумного отклика интерферометра, который приустранении шумов смещений всех пробных масс пропорционален малому множителю (L/λGW )2 .

В то же время желательно ограничиваться рассмотрением таких оптических схем, которые обладают наименьшим числом пробныхмасс, поскольку каждая из них вносит шум смещения, а количество откликовсистемы ограничено. Так, например, конструирование балансных оптическихсхем, свободных от шумов лазеров, на основе резонаторов Фабри-Перо с двойной накачкой, рассмотренных в третьей части работы, сталкивается с проблемой большого количества дополнительных пробных масс, требуемых дляразделения и перенаправления лазерных лучей, и связанных с ними шумовсмещений.Рис. 4: Двойной интерферометр Майкельсона/Фабри-Перо.В четвертой части диссертационной работы рассматривается баланснаясхема на основе двух симметрично расположенных интерферометров Майкельсона с резонаторами Фабри-Перо в плечах, все зеркала которых частично пропускают свет.

Вначале рассматривается одиночный интерферометр Майкельсона/Фабри-Перо в упрощенной модели, в которой предполагается, что входные зеркала резонаторов жестко скреплены со светоделителем интерферометра, а оконечные детекторы жестко скреплены с оконечны14ми зеркалами. Показывается, что определенная линейная комбинация всехтрех выходных сигналов интерферометра, во-первых, свободна от фазового шума лазера, а, во-вторых, от дифференциального шума смещений оконечных зеркал. Остаточным шумом является лишь шум смещения светоделителя, на котором закреплены входные зеркала. Пусть второй интерферометр Майкельсона/Фабри-Перо расположен симметрично относительно лазера, причем входные зеркала второго интерферометра также закреплены наего светоделителе, и пусть лазер и оба светоделителя с закрепленными наних зеркалами образуют общую центральную платформу (см.

рис. 4). Тогда в отклики обоих интерферометров шум смещения этой платформы будетвходить с противоположными знаками, а ГВ сигнал — с одинаковыми. Суммарный отклик, таким образом, свободен от шумов лазера, шумов смещенийвсех пробных масс системы (в рамках принятой модели), пропорционаленрезонансно усиленному фактору (L/λGW )2 и содержит лишь неустранимыевакуумные шумы.ВыводыНа защиту выносятся следующие основные тезисы:1.

Детально проанализированы два типа простейших оптическихгравитационно-волновых детектора на свободных неинерциальныхпробных массах в системе отсчета TT-калибровки, близкой по физическому смыслу к лабораторной системе отсчета, и собственной системеотсчета фотодетектора. Показано, что отклики ГВ детекторов на круговом пробеге световой волны совпадают в обеих системах отсчета,в то время как для детекторов на прямом пробеге анализ в лабораторной системе отсчета приводит к экспериментально неизмеримойвеличине. Доказано, что для получения измеряемых величин необходимопроизводить анализ в собственной системе отсчета фотодетектора.2.

Детально проанализировано взаимодействие слабых плоских гравитационных волн с оптическим резонатором Фабри-Перо в локальнолоренцевой системе отсчета одного из его зеркал с учетом силы световогодавления вне длинноволнового приближения. Сформулированы необходимые условия получения двойного резонансного выигрыша при детектировании высокочастотных гравитационных волн с частотами вблизимежмодового интервала резонатора.3. На основе резонатора Фабри-Перо, накачиваемого сквозь оба зеркала, предложена и детально проанализирована модель гравитационноволнового детектора, свободного от шумов смещений зеркал резонатора15и обладающего значительно большей восприимчивостью к низкочастотным гравитационным волнам, чем предложенные ранее в литературе.

Детально проанализированы фундаментальные ограничения предложенноймодели, связанные с шумами лазеров и шумами смещений измерительнойаппаратуры.4. Предложена балансная схема оптического ГВ детектора на основе двухинтерферометров с топологией Майкельсона/Фабри-Перо, которая позволяет исключать шумы смещений всех пробных масс и шумы лазера.Показано, что отклик такого интерферометра на слабую плоскую гравитационную волну содержит оптический резонансный множитель, однаков низкочастотной области он ограничен малым фактором, пропорциональным квадрату частоты регистрируемой гравитационной волны.Результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в следующих статьях:1. S.P. Tarabrin, «Interaction of plane gravitational waves with a Fabry-Perotcavity in the local Lorentz frame», Physical Review D 75, 102002 (2007);2. S.P. Tarabrin, «Gravitational wave- and radiation pressure-driven dynamicsof a Fabry-Perot cavity», Proceedings of SPIE 6727, 67270M (2007);3.

С.П. Тарабрин, «Динамика резонатора Фабри-Перо в поле плоской гравитационной волны», Квантовая электроника 37, 1137 (2007);4. S.P. Tarabrin, A.A. Seleznyov, «Optical position meters analyzed in thenoninertial reference frames», Physical Review D 78, 062001 (2008);5. S.P. Tarabrin and S.P. Vyatchanin, «Displacement-noise-free gravitationalwave detection with a single Fabry-Perot cavity: a toy model», Physics LettersA 372, 6801 (2008);представлены в виде тезисов конференций:1. Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов 2007», 11 — 14 апреля 2007 г., Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова.

Секция «Физика», подсекция «Радиофизика».С.П. Тарабрин, «Взаимодействие гравитационных волн с резонаторомФабри-Перо в локально-лоренцевой системе отсчета», Ломоносов-2007.Секция «Физика». Сборник тезисов, стр. 178, Физический ф-т МГУ, 2007;2. Международная конференция «Joint European and National AstronomyMeeting 2007», 20 — 25 августа 2007 г., Ереван, Республика Армения.16S.P. Tarabrin, «Interaction of plane gravitational waves with a Fabry-Perotcavity in the local Lorentz frame», Abstract book, p. 102 (2007);3. Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов 2008», 8 — 12 апреля 2008 г., Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова. Секция «Физика», подсекция «Радиофизика».С.П.

Тарабрин, «Интерферометрические эксперименты в неинерциальных системах отсчета», Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» [Электронный ресурс] — М.: Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ, 2008. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM), секция «Физика», подсекция «Радиофизика»,стр. 29;4. 13-я Российская гравитационная конференция — международная конференция по гравитации, космологии и астрофизике, 23 — 28 июня 2008 г.,Москва, РУДН.S.P. Tarabrin, S.P.

Vyatchanin, «Fabry-Perot cavity as a toy modelof displacement-noise-free gravitational-wave detector», Abstracts, p. 159,Москва, 2008;5. Международная конференция «Conference on Advanced Optoelectronicsand Lasers 2008», 29 сентября — 4 октября 2008 г., Алушта, Крым, Украина.S.P. Tarabrin, «Interferometric experiments analyzed in the non-inertialreference frames», 4th Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers,p. 322 (2008);и других источниках:1. S.P. Tarabrin and S.P. Vyatchanin, «Double Michelson/Fabry-Perotinterferometer for laser- and displacement-noise-free gravitationalwave detection», LIGO tech. doc. № P080110-00-Z, URL:http://www.ligo.caltech.edu/docs/ScienceDocs/P/P080110-00.pdf17.