Почти один год назад LIGO Collaboration сообщило об обнаружении гравитационных волн, подтвердив теорию относительности Эйнштейна. Это важное открытие вызвало большой интерес в улучшении оптических детекторов. Ученые во всем мире стремятся сделать обнаружение гравитационных волн привычным явлением и добились значительного прогресса в достижении этой цели.
Усовершенствованный LIGO — это четырехкилометровый оптический прибор, называемый интерферометром, который использует лазерный луч, чтобы обнаружить гравитационные волны, приходящие от далеких космических событий, таких как столкновения черных дыр или коллапсирующих звезд. Улучшение стабильности лазерного источника и уменьшение шума, который может скрывать слабые сигналы, поступающие от гравитационных волн, помогут улучшить чувствительность детекторов.
Достижение стабильной и последовательной мощности лазерного излучения, с минимальным уровнем шума, имеет решающее значение для работы чувствительных лазерных инструментов. Новый LIGO использует мультифотодетекторный массив, состоящий из фотодиодов, которые преобразуют свет в электрический ток, чтобы обнаружить любые колебания мощности в лазере, а затем исправляют эти колебания через цепь обратной связи. При этом шум был снижен до желаемого уровня.
Но фотодиоды могут принимать только около по 50 милливатт мощности излучения каждый, а не 200 милливатт от гравитационного волнового детектора. Исследователи Института Альберта Эйнштейна преодолели эту проблему путем разделения светового пучка на четыре фотодиода, так что суммарно, массив фотодиодов может принимать оптимальное количество света и обеспечивает более чувствительное обнаружение шума.
В результате исследователи показали стабильность мощности лазера, которая была в пять раз лучше, чем та, что была достигнута другими группами.
Исследовательская группа также показала, что с небольшими модификациями, детекторы гравитационных волн можно сделать еще более чувствительным путем перевода лазера режим Лагерра-Гаусса.
LIGO использует лазеры в стандартном режиме Гаусса, которые производят такой же сплошной круговой луч, как лазерный указатель. В режиме Лагерра-Гаусса лазеры производят луч, который выглядит как яблочко в мишени. Исследователи предложили использовать такие лазеры в концепции дизайна для третьего поколения гравитационно-волнового детектора, известного как «телескоп Эйнштейна», который, как ожидается, будет в 10 раз более чувствительным, чем сегодняшние инструменты.