Автореферат (1103861)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиВорончев Никита ВикторовичМногопараметрическая оптимизациялазерных интерферометрических детекторовгравитационных волн01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физикиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2015Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета имени М. В. Ломоносова.Научный руководитель:Халили Фарит Явдатовичдоктор физико-математических наук,,профессор кафедра физики колебанийфизического факультетаМГУ им. М. В. ЛомоносоваОфициальные оппоненты:.Манукин Анатолий Борисович,доктор физико-математических наук,,профессор Институт физикиЗемли им.

О. Ю. Шмидта РАН;Камалов Тимур Фянович,кандидат физико-математических наук,доцент кафедра физикиМосковского государственногомашиностроительного университетаВедущая организация:.Институт общей физики им. А. М. Прохоро­.ва РАНЗащита состоится « 4 »июня2015 г. в 16 часов 30 минут назаседании диссертационного совета Д 501.001.66 при МГУ им.

М. В. Ломоно­сова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, стр. 2,Физический факультет, в аудитории СФА .С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ им. М. В. Ломоносоваи на сайте http://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-66.Автореферат разослан « 2 »апреля2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.66,к.ф.-м.н.Карташов И. Н.Общая характеристика работыАктуальность темы исследованияОбнаружение гравитационных волн, существование которых следует изобщей теории относительности (ОТО), является важной задачей современнойфизики. Основной проблемой в ее решении является чрезвычайная слабостьгравитационно-волнового процесса — для его регистрации необходимы при­боры, способные измерять относительные изменения расстояний между проб­ными телами / ∼ 10−22 .

. . 10−24 [1–3]. Ведущиеся в этой области работыпо развитию методов квантовых прецизионных измерений, могут позволитьне только экспериментально проверить важнейшие предсказания ОТО, нои в перспективе создать принципиально новые подходы к астрономическимнаблюдениям.Первые эксперименты по поиску гравитационных волн основывалисьна резонансном возбуждении звуковых колебаний в крупных сплошных ме­таллических телах [4]. Подобные приборы, обладающие современными меха­низмами подавления внешних и собственных шумов, а также более тонки­ми системами считывания акустического сигнала, существуют и в наши дни(MiniGRAIL, EXPLORER, NAUTILUS, ALLEGRO).

Их рабочая полоса, рас­положенная в области частот ∼ 1 кГц, имеет ширину порядка 20 . . . 30 Гц. Вто же время, наиболее вероятными источниками гравитационных волн счи­таются астрофизические объекты, излучающие либо на низких частотах (де­сятки герц), либо в широкой полосе частот от десятков герц до несколькихкилогерц.В настоящее время наиболее перспективным подходом к регистрациигравитационных волн считаются интерферометрические методы измеренияотносительного смещения отражающих пробных тел. Такие приборы позво­ляют более гибко настраивать свои рабочие характеристики и осуществлятьширокополосный поиск сигнала.

Современные лазерные детекторы гравита­3ционных волн первого поколения (LIGO, Virgo, GEO600 и TAMA) уже вплот­ную приблизились к стандартному квантовому пределу (СКП) чувствитель­ности — фундаментальному по своей природе, но преодолимому ограничениюточности измерения механической координаты [5].Своим происхождением СКП обязан существованию принципиально неу­странимых квантовых флуктуаций. Для любого измерителя полныйвый шумкванто­состоит из непосредственной ошибки измерения — измерительногошума— и случайного обратного влияния прибора на наблюдаемую систе­му —шума обратного флуктуационного влияния.

Для случая оптическо­го детектора измерительный шум обуславливается квантовой неопределен­ностью фазы отраженного света, в которой сосредоточен полезный сигнал.Шум обратного влияния определяется квантовыми флуктуациями интенсив­ности света, которые вызывают случайные изменения силы давления светана пробные тела.

Но поскольку две компоненты общего шума связаны прин­ципом неопределенности Гейзенберга, то простое уменьшение одной из нихбудет неизбежно сопровождаться увеличением другой. Стандартному кван­товому пределу соответствует минимум их суммы.Важная роль СКП для гравитационно-волновых детекторов объясня­ется тем, что сигнальные смещения пробных тел сравнимы по амплитудес маскирующими их квантовыми флуктуациями.

В интерферометрическихдетекторах первого поколения доминировал измерительный шум. Однако встроящихся или уже вводящихся в эксплуатацию приборах второго поколе­ния (Advanced LIGO, Advanced Virgo, GEO-HF и LCGT) планируется стократ­но увеличить циркулирующую оптическую мощность. Это на один порядоквеличины снизит дробовой измерительный шум, пропорционально увеличившум обратного влияния. Для подавления последнего в детекторах будущихпоколений предлагается использовать дополнительныенаторыфильтрующие резо­[6], а также измерять скорость пробных тел вместо их смещения [7].Такое измерение может быть осуществлено, в частности, в интерферометре4Саньяка [8].Также, при анализе чувствительности гравитационных детекторов необ­ходимо учитывать, что регистрация полезного сигнала осложняется различ­ными классическими шумами: тепловыми шумами покрытий и подвесов проб­ных тел, флуктуациями гравитационных градиентов, сейсмическими и тех­ногенными воздействиями и т.

д. В современных детекторах классическиефлуктуации оказывают значительный вклад в полный шумовой фон, и разра­ботка эффективных методов их подавления представляет большой научныйи практический интерес. В детекторах будущих поколений планируется до­стигнуть столь низкого уровня технического шума, что их чувствительностьв первую очередь будет определяться уже квантовым шумом. В настоящеевремя для увеличения чувствительности детекторов важна как оптимизацияпараметров приборов второго поколения, так и концептуальные предложенияпо только планируемым будущим схемам.Цели и задачи диссертационной работыЦелью настоящей работы является исследование чувствительности раз­личных схем лазерных интерферометрических гравитационно-волновых де­текторов и, путем проведения многопараметрической оптимизации, нахожде­ние способов ее увеличения за счет применения новых режимов работы.

Косновным задачам диссертации следует отнести:— определение оптимальных параметров детектора при совместном уче­те квантового и технического шумов;— исследование и оптимизация квантовых шумов многолучевых конфи­гураций детектора Майкельсона, в которых оптическая накачка интерферо­метра осуществляется несколькими независимыми источниками света;— исследование перспективности интерферометра Саньяка перед тра­диционным интерферометром Майкельсона на основе сравнения оптимальнонастроенных детекторов обеих топологий.5Научная новизнаВ диссертации предложены новые методы повышения чувствительностилазерных гравитационно-волновых детекторов как второго, так и последую­щих поколений.

Разработан программный пакет для численной многопара­метрической оптимизации этих приборов.В отличии от традиционного подхода к оптимизации детекторов, когдаосуществляется раздельная минимизация квантовых и технических флукту­аций, в настоящей работе впервые предложен и проведен совместный анализэтих шумов, что дало возможность найти компромиссную настройку систем,обеспечивающую повышение итоговой чувствительности.Полученные выражения для квантовых неопределенностей света в де­текторе Майкельсона позволили впервые провести полную численную опти­мизацию двух- и четырех-лучевой схемы в различной конфигурации с учетомоптических потерь. Для широкополосного увеличения чувствительности де­текторов предложен принципиально новый режим попарно антисимметрич­ных лучей.Впервые осуществлен расчет квантовых шумов детектора Саньяка с ре­циркуляцией сигнала и инжекцией сжатых квантовых состояний при учетешумов оптических потерь и неидеальности поляризационного делителя пуч­ка.

Выполненная по полученным выражениям численная оптимизация такогодетектора продемонстрировала существенно более слабые, в сравнении со схе­мой Майкельсона, требования к качеству фильтрующего резонатора. Болеетого, уровень квантовых шумов детектора Саньяка оказался сравнимым ссоответствующей характеристикой ксилофонной конфигурации двух детек­торов Майкельсона.Практическая значимостьПолученные в диссертации результаты предполагается использовать дляоптимизации работы гравитационно-волновых детекторов второго поколения,6а также при проектировании детекторов будущих поколений и иных схем пре­цизионных измерений на основе лазерных интерферометров.Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на научных семина­рах кафедры физики колебаний физического факультета МГУ им. М.В.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации