Gravitationswellenwissenschaftler der University of Western Australia haben die Entwicklung eines neuen Lasermodussensors mit beispielloser Präzision geleitet, der zur Untersuchung des Inneren von Neutronensternen und zum Testen grundlegender Grenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie verwendet wird.
Dr. Aaron Jones, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Exzellenzzentrums für Gravitationswellenentdeckung (OzGrav-UWA) der UWA, sagte, die UWA habe eine globale Zusammenarbeit von Gravitationswellen-, Metaoberflächen- und Photonikexperten koordiniert, um eine neue Methode zur Messung von Lichtstrukturen namens „Eigenmoden“ zu entwickeln.
„Gravitationswellendetektoren wie LIGO, Virgo und KAGRA speichern eine enorme Menge an optischer Energie, und mehrere Spiegelpaare werden verwendet, um die Menge an Laserlicht zu erhöhen, die entlang der massiven Arme des Detektors gespeichert wird“, sagte Dr. Jones.
„Jedes dieser Paare weist jedoch kleine Verzerrungen auf, die das Licht von der perfekten Form des Laserstrahls wegstreuen, was zu übermäßigem Rauschen im Detektor führen, die Empfindlichkeit einschränken und den Detektor offline schalten kann.
„Wir wollten eine Idee testen, mit der wir in den Laserstrahl hineinzoomen und nach den kleinen „Wackeln“ in der Leistung suchen können, die die Empfindlichkeit der Detektoren einschränken können.“
Dr. Jones sagte, dass ein ähnliches Problem in der Telekommunikationsbranche angetroffen wird, wo Wissenschaftler Möglichkeiten untersuchen, mehrere Eigenmoden zu verwenden, um mehr Daten über Glasfasern zu transportieren.
„Telekom-Wissenschaftler haben eine Möglichkeit entwickelt, die Eigenmoden mit einem einfachen Gerät zu messen, aber es ist für unsere Zwecke nicht empfindlich genug“, sagte er. „Wir hatten die Idee, eine Metaoberfläche zu verwenden – eine ultradünne Oberfläche mit einem speziellen Muster, das in Subwellenlängengröße codiert ist – und haben uns an Mitarbeiter gewandt, die uns bei der Herstellung einer helfen könnten.“
Der vom Team entwickelte Proof-of-Concept-Aufbau war über tausendmal empfindlicher als die ursprüngliche, von Telekommunikationswissenschaftlern entwickelte Apparatur, und die Forscher werden nun versuchen, diese Arbeit in Gravitationswellendetektoren umzusetzen.
OzGrav-UWA Chief Investigator Associate Professor Chunnong Zhao sagte, die Entwicklung sei ein weiterer Schritt nach vorne bei der Erkennung und Analyse der von Gravitationswellen übertragenen Informationen, die es uns ermöglichen, das Universum auf neue Weise zu beobachten.
„Die Lösung des Modenerkennungsproblems in zukünftigen Gravitationswellendetektoren ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir das Innere von Neutronensternen verstehen und unsere Beobachtung des Universums auf eine nie zuvor mögliche Weise vorantreiben wollen“, sagte außerordentlicher Professor Zhao.
Die Studie wurde zur Veröffentlichung angenommen in Körperliche Überprüfung A.
Metasurface Enhanced Spatial Mode Decomposition, arXiv:2109.04663v2 [physics.optics] arxiv.org/abs/2109.04663