Диссертация (1105240), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Получено распределение плотности упругой энергии,запасенной в боковом покрытии, которое позволяет провести оптимизациюпокрытия.99ЗаключениеОсновные результаты работыВ заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертации:• Разработана и реализована экспериментальная установка для исследования взаимодействия диэлектрической пробной массы (пластины высокодобротного крутильного осциллятора из плавленого кварца) с электростатическим полем актюатора, состоящего из гребенчатых электродов.
Экспериментальная установка включает в себя разработанный прецизионный оптический датчик угла поворота пластины крутильного осциллятора на основе интерферометра Майкельсона, обладающий компенсацией флуктуаций входной мощности оптического излучения, подавлением влияния поступательных движений пластины осцилляторана сигнал, получаемый с датчика, и имеющий чувствительность к углу√отклонения пластины осциллятора не хуже 3 · 10−13 рад/ Гц в диапазоне частот 15 − 130 Гц. Экспериментальная установка позволяет измерять спектральную плотность флуктуаций момента сил, действующихна пластину осциллятора, на уровне 1.5 · 10−30 (Нм)2 /Гц в диапазоне частот вблизи 18 Гц. Разработан программный пакет для автоматизацииизмерений и цифровой обработки экспериментальных данных.• Проведен численный расчет динамики распределения плотности электрического заряда на поверхности диэлектрической массы под действием электростатического поля актюатора.
Результаты расчета согласуются с экспериментальными данными, полученными на созданной установке.• Продемонстрирован релаксационный характер взаимодействия образца100из плавленого кварца и электростатического поля актюатора. Полученохарактерное время релаксации распределения электрических зарядовна поверхности образца из плавленого кварца в вакууме, а также егозависимость от относительной влажности при измерениях на воздухе:характерное время релаксации изменяется от 104 с до 102 с при изменении относительной влажности от 30% до 55%.• Проведено исследование флуктуаций силы взаимодействия диэлектрической пробной массы с электростатическим полем актюатора. На основании экспериментальных данных рассчитана верхняя граница амплитудной спектральной плотности шума относительного смещения пробной массы в гравитационно-волновом детекторе Advanced LIGO, обусловленного воздействием электростатического актюатора, на частотахвблизи 18 Гц: sstrain ≈ (1.02 ± 0.13) · 10−22 Гц−1/2 .• Проведен численный расчет потерь в механических дисковых резонаторах с поглощающим покрытием.
На основании расчета и экспериментальных данных определен тангенс угла механических потерь материала Acktar Black при температуре 123 К в килогерцовом диапазонечастот: φAB = (3.1 ± 0.3) · 10−3 . Проведенный расчет теплового шумакремниевой пробной массы гравитационно-волнового детектора третьего поколения LIGO Voyager, обусловленного покрытием с высокой излучательной способностью из материала Acktar Black, нанесенным набоковую поверхность пробной массы, показал, что добавление бокового покрытия увеличивает амплитудную спектральную плотность шумаотносительного смещения пробной массы на ≈ 9%.
Предложен способоптимизации покрытия.101БлагодарностиАвтор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору Митрофанову Валерию Павловичу за руководство, ценныеконсультации и помощь в выполнении работы и обработке текста диссертации, и Прохорову Леониду Георгиевичу за помощь и консультации в ходевыполнения работы. Автор благодарит коллектив группы квантовых и прецизионных измерений, а также всех сотрудников кафедры физики колебанийза хорошее отношение и переданный багаж знаний.102Список литературы1.
Aasi J., Abbott B. P., et al. (LIGO Scientific Collaboration and VirgoCollaboration). Advanced LIGO // Classical and Quantum Gravity. 2015.Vol. 32, no. 7. P. 074001.2. Abbott B. P., et. al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger // Phys.
Rev. Lett. 2016. Vol. 116. P. 061102.3. Abbott B. P., et. al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-SolarMass Binary Black Hole Coalescence // Phys. Rev. Lett. 2016. Vol.
116.P. 241103.4. Abbott B. P., et. al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2 // Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 118. P. 221101.5. Abbott B. P., et. al (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of FirstDiscoveries // Phys. Rev. Lett.
2016. Vol. 116. P. 131103.6. Martynov D. V., Hall E. D., Abbott B. P. et al. Sensitivity of the AdvancedLIGO detectors at the beginning of gravitational wave astronomy // Phys.Rev. D. 2016. Vol. 93. P. 112004.7. Hewitson M., Danzmann K., Grote H. et al. Charge measurement andmitigation for the main test masses of the GEO 600 gravitational waveobservatory // Classical and Quantum Gravity. 2007.
Vol. 24, no. 24.P. 6379.8. Harry G. M., Abernathy M. R., Becerra-Toledo A. E. et al. Titania-dopedtantala/silica coatings for gravitational-wave detection // Classical andQuantum Gravity. 2007. Vol. 24, no. 2. P. 405.9. Granata M., Saracco E., Morgado N. et al. Mechanical loss in103state-of-the-art amorphous optical coatings // Phys. Rev. D. 2016. Vol. 93.P.
012007.10. Adhikari R., Smith N., Brooks A. et al. LIGO Voyager Upgrade Conceptual Design // LIGO Technical Note T1400226.2016.DCC: https://dcc.ligo.org/T1400226.11. Acktar Ltd. Black Coating Services. http://www.acktar.com/category/BlackOpticalCoating.12. Ruan J. J., Trémouilles D., Coccetti F. et al. Reliability assessment ofelectrostatically driven MEMS devices: based on a pulse-induced charging technique // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2012.Vol. 22, no.
4. P. 045016.13. Blokhina E., Gorreta S., Lopez D. et al. Dielectric Charge Control inElectrostatic MEMS Positioners/Varactors // Microelectromechanical Systems, Journal of. 2012. Vol. 21, no. 3. P. 559–573.14. Papaioannou G., Papapolymerou J., Pons P., Plana R. Dielectric chargingin radio frequency microelectromechanical system capacitive switches: Astudy of material properties and device performance // Applied PhysicsLetters. 2007. Vol.
90, no. 23.15. Zaghloul U., Bhushan B., Pons P. et al. On the influence of environmentgases, relative humidity and gas purification on dielectric charging/discharging processes in electrostatically driven MEMS/NEMS devices //Nanotechnology. 2011. Vol. 22, no. 3. P. 035705.16. Matei D. G., Legero T., Grebing C.
et al. A second generation of low thermal noise cryogenic silicon resonators // Journal of Physics: ConferenceSeries. 2016. Vol. 723, no. 1. P. 012031.17. Shapiro B., Adhikari R. X., Aguiar O. et al. Cryogenically cooled ultra lowvibration silicon mirrors for gravitational wave observatories // Cryogenics. 2017. Vol. 81. P. 83 – 92.18.
Einstein A. Über Gravitationswellen // Sitzungsberichte der Königlich104Preußischen Akademie der Wissenschaften. 1918. Vol. 1. P. 154 – 167.19. Hulse R. A., Taylor J. H. Discovery of a pulsar in a binary system //Astrophysical Journal. 1975. Vol. 195, no. 2. P.
L51 – L53.20. Weber J. Detection and Generation of Gravitational Waves // Phys. Rev.1960. Vol. 117. P. 306–313.21. Герценштейн М. Е., Пустовойт В. И. К вопросу об обнаружении гравитационных волн малых частот. // ЖЭТФ. 1962. Т. 43, № 2. С. 605–607.22. Ландау Л. Д., Лифшиц E. M. Теория поля. 6 изд. Наука, 1973. С. 437– 438.23. Abbott B. P., Abbott R., et al. (LIGO Scientific Collaboration and VirgoCollaboration). LIGO: the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory // Reports on Progress in Physics. 2009. Vol.
72, no. 7. P. 076901.24. Accadia T., Acernese F., et al. (Virgo Collaboration). Virgo: a laser interferometer to detect gravitational waves // Journal of Instrumentation.2012. Vol. 7, no. 03. P. 03012.25. Takahashi R., the TAMA Collaboration. Status of TAMA300 // Classicaland Quantum Gravity. 2004. Vol. 21, no. 5. P. S403.26. Lück H., Hewitson M., Ajith P. et al. Status of the GEO600 detector //Classical and Quantum Gravity.
2006. Vol. 23, no. 8. P. S71.27. Drever R. W. P. Fabry-Perot cavity gravity-wave detectors // The detectionof gravitational waves / Ed. by D. G. Blair. Cambridge University Press,1991. P. 306–328. Cambridge Books Online.28. Meers B. J. Recycling in laser-interferometric gravitational-wave detectors // Phys. Rev. D. 1988. Vol. 38. P.
2317–2326.29. Cote P. J., Meisel L. V. Self-organized criticality and the Barkhauseneffect // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67. P. 1334–1337.30. Adhikari R., Fritschel P., Waldman S. Enhanced LIGO // LIGO TechincalNote T060156. 2006. DCC: https://dcc.ligo.org/T060156/public.31. Acernese F., Agathos M., Agatsuma K. et al. Advanced Virgo: a sec105ond-generation interferometric gravitational wave detector // Classical andQuantum Gravity. 2015. Vol. 32, no.
2. P. 024001.32. Somiya K. Detector configuration of KAGRA - the Japanese cryogenicgravitational-wave detector // Classical and Quantum Gravity.2012.Vol. 29, no. 12. P. 124007.33. Giaime J., Saha P., Shoemaker D., Sievers L. A passive vibration isolationstack for LIGO: Design, modeling, and testing // Review of ScientificInstruments.
1996. Vol. 67, no. 1. P. 208–214.34. Aston S. M., Barton M. A., Bell A. S. et al. Update on quadruple suspension design for Advanced LIGO // Classical and Quantum Gravity. 2012.Vol. 29, no. 23. P. 235004.35. Mizuno J., Strain K. A., Nelson P. G. et al. Resonant sideband extraction:a new configuration for interferometric gravitational wave detectors //Physics Letters A. 1993.
Vol. 175, no. 5. P. 273 – 276.36. Affeldt C., Danzmann K., Dooley K. L. et al. Advanced techniques in GEO600 // Classical and Quantum Gravity. 2014. Vol. 31, no. 22. P. 224002.37. Strain K. A. Electrostatic drive (ESD) results from GEO and application in Advanced LIGO // LIGO Techincal Note T060015.2006.DCC: https://dcc.ligo.org/public/0027/T060015/000/T060015-00.pdf.38. WeisspensionsR.Note//onLIGOElectrostaticsTechnicalNoteintheT960137.LIGOSus1996.DCC: https://dcc.ligo.org/public/0028/T960137/000/T960137-00.pdf.39. Mitrofanov V., Prokhorov L., Tokmakov K., Willems P. Investigation ofeffects associated with variation of electric charge on a fused silica testmass // Classical and Quantum Gravity.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
