Direct Observation of Broadband Coating Thermal Noise in a Suspended Interferometer
我们在高灵敏度法布里-珀罗干涉仪中直接观察到氧化硅/氧化钽涂层中的宽带热噪声。我们的研究结果与基于涂层机械损耗的间接振铃测量的预测吻合得很好，验证了该方法作为开发先进干涉引力波探测器的工具。
2005-04-22 gr-qc
Measurement of Thermal Noise in Multilayer Coatings with Optimized Layer Thickness
标准的四分之一波长多层光学涂层对于给定数量的涂层将产生最高的反射率，但通常对于规定的反射率它不会产生最低的热噪声。具有优化以使热噪声最小化的层厚度的涂层可用于未来一代干涉引力波检测器，其中涂层热噪声预期限制仪器的灵敏度。我们提出了一个标准的四分之一波长涂层和低噪声优化涂层的热噪声的直接测量结果。测量结果表明，热噪声的减少与建模预测一致。
2010-04-10 gr-qc
Brownian Thermal Noise in Multilayer Coated Mirrors
我们分析了布朗热噪声的多层介质涂层，用于高精度的光学测量，包括干涉引力波探测器。我们假设涂层材料是各向同性的，因此研究热噪声所产生的剪切和散装损失的涂层材料。我们发现，涂层噪声不仅来自层厚度波动，但也从波动的涂层和基板之间的界面，由内部波动应力的涂层。另外，薄膜的非零光弹性系数修正了热噪声对激光场的影响。不同层的厚度波动是统计独立的，然而，存在着有限的层之间的相干性和基板-涂层界面。考虑到材料参数的不确定性，我们发现，在估计涂层布朗噪声仍然存在显着的不确定性。
2012-07-25 gr-qc physics.ins-det physics.optics
A New Class of Optical Beams for Large Baseline Interferometric Gravitational Wave Detectors
折叠谐振法布里-珀罗腔具有显著降低涂层热噪声对千米级引力波探测器性能影响的潜力。当仅使用球面镜表面构造时，可以利用极其鲁棒的$TEM_{00}$模式光学模式。在本文中，我们研究了潜在的热噪声的改善，可以实现第三代引力波探测器使用现实的限制。比较先前提出的波束配置，例如高阶拉盖尔-高斯模式，我们发现可以实现类似或更好的热噪声改善因子，同时避免与那些波束相关联的简并问题。
2013-09-02 astro-ph.IM gr-qc
Mechanical Loss in Tantala/Silica Dielectric Mirror Coatings
目前的干涉式引力波探测器使用具有由多层介电材料形成的镜面涂层的测试质量，最常见的是SiO2（二氧化硅）和Ta2O5（氧化钽）的交替层。然而，Ta2O5/SiO2涂层中的机械损耗可能会限制先进探测器的设计灵敏度。我们已经调查了Ta2O5/SiO2涂层中的机械损耗的来源，包括与涂层-基底界面、与涂层界面以及与本体材料相关的损耗。我们的研究结果表明，损失是与散装涂层材料和Ta2O5的损失是远远大于SiO2。
2003-02-24 gr-qc
Titania-doped tantala/silica coatings for gravitational-wave detection
降低光学薄膜的热噪声对于下一代干涉引力波探测器达到所需的灵敏度至关重要。在这里，我们表明，在Ta $_2$ O $_2$/SiO $_2$涂层中，向Ta $_2$ O $_5$中添加TiO $_2$降低了内部摩擦，并且此外，目前的数据证实其降低了热噪声。我们还表明，TiO $_2$掺杂的Ta $_2$ O $_5$ /SiO $_2$涂层接近满足第二代引力波探测器的光吸收要求。
2006-10-01 gr-qc
Measurement of the mechanical loss of a cooled reflective coating for gravitational wave detection
测量了离子束溅射SiO $_2$和Ta $_2$ O $_5$多层介质反射膜在冷却镜中的机械损耗。该损耗几乎与温度（4 K $\sim$ 300 K）、频率、光学损耗和涂层引起的应力以及制造工艺的细节无关。丢失角为$(4 \sim 6) \times 10^{-4}$。这种损耗的温度独立性意味着涂层热噪声的幅度与温度的平方根成比例，这在任何精确测量中都是一个严格的限制。蓝宝石反射镜在20 K下满足甚至未来的地面干涉引力波探测器项目（例如LCGT）的热噪声要求。
2006-07-22 cond-mat.mtrl-sci gr-qc
Notes about Noise in Gravitational Wave Antennas Created by Cosmic Rays
反射镜中温度的热力学波动不仅通过镜体的热膨胀产生表面波动，而且通过反射镜涂层的热膨胀产生表面波动。我们分析了由于涂层材料的热膨胀系数较大和有效体积较小，最后一个“表面”效应可能大于第一个“体积”效应。特别是，这些波动可能是重要的激光干涉引力天线。
2005-09-15 gr-qc
Reducing Thermal Noise in Future Gravitational Wave Detectors by employing Khalili Etalons
降低介质镜膜层的热噪声是提高第二代和第三代干涉型引力波探测器灵敏度的关键。已经提出用反谐振腔（所谓的哈利利腔）代替干涉仪的端镜以实现总体热噪声水平的降低。在这篇文章中，我们表明，使用的哈利利标准具，它需要更少的硬件比哈利利腔，产量仍然显着降低热噪声。我们确定了最佳分布的涂层的正面和背面的标准具和比较的总噪声预算与传统的镜子。此外，我们简要讨论了哈利利标准具的优点和缺点相比，哈利利腔的技术方面，如干涉长度控制和热透镜。
2011-07-21 gr-qc
Effect of heat treatment on mechanical dissipation in Ta$_2$O$_5$ coatings
介电反射涂层中机械耗散引起的热噪声预计将严重限制精密测量系统的灵敏度，例如高分辨率光谱学、光学频率标准和未来几代干涉式引力波探测器。在11 K ~ 300 K温度范围内，测量了沉积后热处理对离子束溅射五氧化二钽机械损耗随温度变化的影响.我们发现的温度依赖性的耗散是强烈依赖于进行热处理的温度，我们已经确定了三个耗散峰发生在不同的热处理温度。在低于200 K的温度下，发现损失的幅度随着热处理温度的升高而增加，这表明热处理是确定涂层热噪声水平的重要因素。
2010-10-04 gr-qc physics.ins-det
Thermoelastic dissipation in inhomogeneous media: loss measurements and displacement noise in coated test masses for interferometric gravitational wave detectors
干涉型引力波探测器质量镜的位移噪声与其在观测频率处的弹性耗散成正比。在本文中，我们分析了一个基本的源耗散在薄涂层，热弹性阻尼与不同的热和弹性性能的薄膜和基板。我们得到的热弹性耗散因子的表达式，解释共振损耗测量所需的，并施加在高斯光束从涂层质量的面反射的位移噪声的谱密度。这些效应的预测大小足以影响对损耗测量的解释，并影响先进引力波探测器的设计选择。
2004-02-06 gr-qc
Finite Mirror Effects in Advanced Interferometric Gravitational Wave Detectors
在第二代地基引力波探测器最敏感的频带中，热噪声预计将是主要的噪声源。将光束整形为更平坦更宽的轮廓，从而探测更多的镜面，从而减少了这种噪声。为此，提出了“台面”光束形状，随后将其推广到具有两个参数的双曲面光束族：扭转角α和光束宽度D。改变α允许从近平坦到近同心台面光束配置的连续过渡。我们解析地证明了在无限维的极限下双曲光束成为高斯光束。Advanced LIGO衍射损耗设计约束为每次反弹1 ppm。在过去，衍射损耗通常是使用削波近似计算的，通常会低估衍射损耗。我们开发了一个代码，使用伪谱方法来计算衍射损耗直接从传播。我们发现，衍射损耗不是光束宽度的严格单调函数，而是由于有限镜效应而出现的局部极小值，并导致D的自然选择。对于台面光束，局部最小值出现在D = 10.67 cm处，导致1.4 ppm的衍射损耗。我们发现，如果需要严格1 ppm的衍射损耗，α = 0.91 π双曲面光束是最佳的，导致涂层热噪声比台面光束低约10%，而其他类型的热噪声也降低。然后，我们开发了一个迭代的过程，重建的镜子，特别是有限的镜子效果。这使我们能够增加D参数，并将涂层噪声降低约30%，与原始Mesa配置相比。
2007-12-15 gr-qc
Low mechanical loss TiO$_2$:GeO$_2$ coatings for reduced thermal noise in Gravitational Wave Interferometers
当前和计划中的引力波干涉探测器的灵敏度在100 Hz左右的最关键频率区域受到量子噪声和热噪声的限制。后者主要是布朗噪声：热运动起源于弹性能量耗散中使用的干涉仪反射镜的电介质涂层。能量耗散是以机械损耗角为特征的材料特性。我们已经鉴定出二氧化钛（TiO $_2$）和二氧化锗（GeO $_2$）的混合物，其显示出1 $\times 10^{-4}$水平的内部耗散，该水平低到足以提供相对于现有技术材料的布朗噪声水平的几乎两倍的改进。我们表明，通过使用44%的TiO $_2$和56%的GeO $_2$在干涉仪反射镜的高折射率层的混合物，它将有可能实现符合设计要求的热噪声水平。这些结果是生产满足Advanced LIGO和Virgo探测器计划升级的热噪声要求所需的反射镜的关键一步。
2021-08-13 cond-mat.mtrl-sci gr-qc physics.ins-det
Beyond Bragg-Mirrors for Gravitational Wave Telescopes: A Fabrication Tolerant Hybrid Metasurface-Bragg Mirror Design
Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学）；Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Institut für Halbleitertechnik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学半导体技术研究所）；Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
为未来引力波探测器设计高反射率且低热噪声的镜面涂层，结合超材料与布拉格镜，通过仿真和蒙特卡洛分析优化性能，实现热位移噪声降低一个数量级。
2026-05-01 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Measurements of a low temperature mechanical dissipation peak in a single layer of Ta2O5 doped with TiO2
氧化物涂层中机械耗散引起的热噪声是许多精密测量系统的主要限制，包括光学频率标准、高分辨率光谱学和干涉式重力波探测器。本文给出了离子束溅射掺杂TiO_2的Ta_2 O_5材料在7 K ~ 290 K之间的损耗随温度变化的测量结果，在20 K处有一个损耗峰。分析的峰值提供了第一个证据的源的耗散掺杂Ta 2 O 5涂层，导致热噪声效应的减少的可能性。
2008-02-19 gr-qc
The dependence of test-mass thermal noises on beam shape in gravitational-wave interferometers
在第二代地基干涉引力波探测器（如Advanced LIGO）中，预期频率为$f \sim 40$ Hz至$\sim 200$ Hz的主要噪声是由于反射镜基板和涂层中的热波动引起的镜面形状的随机波动。激光束对这些波动进行平均;光束越大，其光功率分布越平坦，平均效果越好，产生的热噪声越低。在半无限镜中，光束形状对四种主要类型的热噪声（涂层布朗、涂层热弹性、基底布朗和基底热弹性）的影响的标度律已经由各种研究人员提出，并以不同的严格程度推导出来。因为这些比例律是当前优化束流形状研究的重要工具，所以加强我们对它们的理解是很重要的。本文（1）总结了先前的工作和先前分析中的差距，（2）给出了所有四个标度律的统一和严格的推导，（3）依赖于J. J. Basti的工作，探索了由于有限的反射镜尺寸而导致的标度律偏差。
2007-04-21 gr-qc
Researches on Non-standard Optics for Advanced Gravitational Waves Interferometers
本论文针对先进的引力波干涉探测器的非标准光学特性进行了大量的研究，其中，热噪声是影响探测器灵敏度的主要因素。定量分析了非高斯光束对不同热噪声的影响。我们开发了台面光束的理论，在先进的GW干涉仪的台面光束的想法，着眼于未来的实施，分析推导的量（即光束宽度，发散度，传播因子），这是选择作为ISO标准的参考参数的光束的特性。我们还解析地证明了非球面镜光学腔之间的一种新的对偶关系。GW社区对这种新光束技术的兴趣使我们建造和测试了一个带有墨西哥帽镜的原型台面光束法布里-珀罗腔。本论文的部分工作致力于开发新的光学系统仿真程序。这些程序提供了我们实验的理论预期行为，特别是腔模结构和失调灵敏度与实验结果相面对。除了光束整形之外，我们还探索了降低反射镜热噪声的另一种补充方法，即多层膜厚度优化。我们表明，它是有效的，在减少涂层噪声和探索GW干涉仪的灵敏度方面的可能影响。在此分析过程中，我们开发了一个独立的模型的涂层有效的弹性参数，这是基于均匀化理论的充分理解的主题。
2008-06-18 gr-qc physics.optics
Tanaka-Tagoshi Parametrization of post-1PN Spin-Free Gravitational Wave Chirps: Equispaced and Cardinal Interpolated Lattices For First Generation Interferometric Antennas
由Tanaka和Tagoshi引入的无自旋二进制inspiral参数空间，用于构造$2.5PN$阶（可能超过）的均匀间隔的模板晶格，被证明适用于所有第一代干涉引力波天线。这允许将作者开发的相关器库的最小冗余基数插值技术扩展到最高阶PN模板。与1 PN情况一样，要为最小匹配$Γ=0.97$计算的2 PN模板的总数减少因子4。
2001-06-04 gr-qc
Model of Thermal Wavefront Distortion in Interferometric Gravitational-Wave Detectors I: Thermal Focusing
我们开发了一个稳态的分析和数值模型的光学响应的功率回收法布里-珀罗迈克尔逊激光引力波探测器在光学基板的热聚焦。我们假设，热失真是足够小，我们可以表示的未受干扰的内腔场在任何地方的检测器作为一个线性组合的基函数的本征模的法布里-珀罗臂腔之一，我们非常小心，以保持数值上的接近理想的纵向相位谐振条件，否则将提供一个外部伺服锁定控制系统。我们已经包括了非线性热聚焦的影响，由于在基板和涂层的反射镜和分束器，一个有限的不匹配的影响之间的曲率的激光波前和反射镜表面，和衍射的反射镜孔径在每个实例的反射和透射。我们演示了一个详细的数值例子，这个模型使用MATLAB程序旋律的初始LIGO探测器在厄米-高斯基础上，并比较计算结果的腔内场在两个特殊情况下与快速傅立叶变换场传播模型。额外的系统扰动（例如，反射镜倾斜、热弹性表面变形和其它光学缺陷）可以通过将适当的算子结合到描述反射镜和分束器的反射和透射的传递矩阵中而容易地包括在内。
2002-05-29 gr-qc
Precision requirements and innovative manufacturing for ultrahigh precision laser interferometry of gravitational-wave astronomy
随着LIGO宣布首次直接探测到引力波（GW），GW天文学正式进入我们的时代。经过一百年的理论研究和五十年的实验努力，这不仅是物理学和天文学的历史里程碑，也是工业和制造业的历史里程碑。工业的挑战和机遇是大尺寸的精密和创新制造-生产大型和均匀的光学元件，大型元件的光学诊断，大型反射镜上的高反射率介电涂层，大容量真空器件的制造，高衰减振动隔离系统的制造，高功率高稳定性单频激光器的生产，高分辨率定位系统的生产等。在这次演讲中，我们解决的要求和方法，以满足这些要求。大型光学元件的光学诊断需要大型相移干涉仪，用于LIGO光学系统测试的1.06 μm相移干涉仪就是一个例子。高质量的反射镜是激光干涉GW检测、环形激光陀螺仪、高精度激光腔稳定、量子光力学、腔量子电动力学和真空双折射测量的关键。对基材材料和涂覆方法有严格的要求。对于低温GW干涉仪，需要在蓝宝石或硅上适当的涂层以获得良好的热性能和均匀性。需要大的可调真空元件和高衰减振动系统以及有效的计量系统，并将予以解决。在空间干涉测量中，无阻力技术已经比较成熟，弱光锁相技术已经在实验室中得到验证，但弱光操控技术仍有待发展。
2016-10-11 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Squeezing and Dual Recycling in Laser Interferometric Gravitational Wave Detectors
本文计算了一个理想的迈克耳孙干涉仪，它包含了双重再循环和压缩光对引力波的响应。光子计数噪声来自通过输入端口发送的光以及由引力波产生的边带频率处的真空模式。最小可检测的重力波振幅取决于波的频率以及挤压和再循环参数。压缩和双循环的宽带操作都降低了光子计数噪声，因此这两种技术可以一起使用以进行更精确的相位测量。光子数的方差是随时间变化的，振荡在重力波的频率，但比常数部分低得多的顺序。
1994-01-25 gr-qc
A Passive UV-Based System for Discharging the Test Masses of Ground Based Gravitational Wave Detectors
本文提出一种被动紫外电荷管理系统，利用低功函数金涂层的光电子发射中和地面引力波探测器测试质量上的电荷，实现快速放电并减少停机时间。
2025-09-24 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Prospects of higher-order Laguerre Gauss modes in future gravitational wave detectors
最近有人提出将高阶拉盖尔高斯（LG）模应用于大型引力波探测器。与基模相比，一些高阶拉盖尔高斯模可以显著降低涂层布朗噪声的贡献。使用频域仿真，我们给出了一个详细的分析与LG33模式的基本TEM 00模式相比，得出的纵向和角度控制信号。发现关于LG 33模式的干涉感测和控制的性能是相似的，如果不是在感兴趣的所有方面甚至更好的话。此外，我们评估的灵敏度增益的LG33模式到先进的处女座仪器的实施。我们的分析表明，LG 33模式的应用结果在一个宽带的改进先进室女座灵敏度，增加了潜在的探测率的二元中子星吸气的一个因素2.1。
2009-06-12 gr-qc
Energetic Quantum Limit in Large-Scale Interferometers
对于干涉式引力波探测器的每个光学拓扑，量子力学规定了实现给定灵敏度的最小光功率（"能量量子极限“）。对于标准拓扑结构，当人们试图以一个相当大的因子超越标准量子极限时，能量量子极限变得不可能大。腔内读出方案可以利用可管理的光功率来这样做。
1999-12-13 gr-qc quant-ph
The role of the quantum properties of gravitational radiation in the dete ction of gravitational waves
分析了引力波的量子特性在引力辐射探测中的作用。它不仅证实了在目前的激光干涉探测器的实验装置的分辨率可以躺在非常远离相应的量子阈值（因此，测量设备上的引力波的反作用效果是可以忽略不计的），但它也建议，波的量子特性的考虑可能需要定义的色散的测量输出。这种色散不仅是测量装置灵敏度的函数，而且是相互作用时间（测量装置和引力辐射之间）和相应激光干涉仪臂长的函数。它将有一个最低限度，而采用目前的实验参数暗示，现有提案的离散度可能远远超出这一最低限度，这意味着它们将显示出非常大的离散度。
1998-07-10 gr-qc
Viscous Boundary Layer Damping of R-Modes in Neutron Stars
最近的工作提出了一个令人兴奋的可能性，即旋转中子星核中的r模（Rossby波）可能是强引力波源。我们估计了固体地壳对它们的粘性阻尼率的影响，并表明振荡流体和几乎静止的地壳之间的粘性边界层中的耗散率比整个内部的剪切高10^5倍以上。当核心温度低于10^10 K时，这将使引力r模不稳定性开始的最小频率增加到至少500 Hz。它消除了r-模不稳定性与毫秒射电星的吸积驱动自旋上升的冲突，并使得r-模不稳定性在吸积中子星中不太可能活跃。对于新生的中子星，在出生后不久形成的固体外壳会影响它们的引力波自旋，从而影响地基干涉引力波探测器的探测能力。
1999-11-09 astro-ph gr-qc
Indeterminacy of Holographic Quantum Geometry
利用基于波动光学的有效理论，描述了普朗克尺度下紫外截止全息时空中的位置不确定性。描述时空位置的波函数被建模为准单色辐射的复杂扰动。证明了全息光片平面内两个位置波函数的标准偏差的乘积等于它们的法向间距与普朗克长度的乘积。对于宏观分离的位置，横向不确定性远大于普朗克长度，并且被预测为相对位置上的“全息噪声”，具有独特的剪切空间特征，并且一旦从引力热力学理论确定基本波长，就可以观察到绝对归一化的频谱，没有参数。全息噪声的频谱估计的GEO600干涉引力波探测器，并示出约占目前无法解释的噪声之间的约300和1400赫兹。在全息世界中，这个结果直接而精确地测量了基本的最小时间间隔。
2008-09-23 astro-ph gr-qc hep-th
Exploring the Use of Numerical Relativity Waveforms in Burst Analysis of Precessing Black Hole Mergers
近年来，数值相对论取得了巨大的进展，地基干涉型引力波探测器的性能也不断提高。在准备先进的LIGO和引力波天文学的新时代，数值相对论和引力波数据分析社区正在合作，以确定最有用的作用，数值相对论波形的检测和表征的二元黑洞合并。本文利用数值相对论波形和无模板搜索算法，研究了[80，350]Msol中等质量、旋进并合黑洞双星的可探测性。特别是，我们提出了一个系统的研究，使用波形产生的MAYAKRANC代码，被添加到有色，高斯噪声和分析的欧米茄突发搜索算法。探测效率与黑洞自旋轴的方向有关。我们发现探测效率与辐射能量和角动量之间有很强的相关性，并且至少包括l=2，m=+/-1，0模式，这对于解释旋进系统的完整动力学是必要的。
2010-10-25 gr-qc
Sensitivity of wide band detectors to quintessential gravitons
残余引力子的能谱，在背景几何的抽运作用下被放大，没有理由在高频下不增加。这种行为的一个典型例子是典型的暴胀模型，其中能谱的斜率可以是蓝色或淡紫色。在比较蓝色和紫色引力子光谱的预测方案时，我们面临的问题是如何正确推导干涉探测器的灵敏度。实际上，信噪比的表达式不仅取决于探测器的噪声功率谱，而且还取决于信号的频谱形式，因此，可以合理地预期具有不同频谱行为的模型将产生不同的信噪比。通过假定残余引力子的单调谱，我们将给出这类模型的信噪比的一般表达式。作为一个例子，我们研究了典型引力子的情况。计算了不同探测器对$h^2_{0} Ω_{GW}$的最小灵敏度，并与理论预期值进行了比较。
1999-05-20 astro-ph gr-qc hep-ph
Bayesian Bounds on Parameter Estimation Accuracy for Compact Coalescing Binary Gravitational Wave Signals
激光干涉引力波探测器全球网络预计将在本世纪初投入运行。在这里，一个单一的仪器的噪声输出进行检查。一个引力波被假定为已被检测到的数据，我们处理的参数估计的后续问题。具体来说，我们调查的最小均方误差的理论下限与测量参数的inspiral波形产生的轨道系统的中子星/黑洞。三个理论下界参数估计精度被认为是：Cramer-Rao界（CRB）; Weiss-Weinstein界（WWB）;和Ziv-Zakai界（ZZB）。我们得到的WWB和ZZB的牛顿形式的合并二进制波形，并将它们与公布的CRB和数值蒙特卡罗结果进行比较。在大信噪比下，我们发现理论上的界是一致的，并通过Monte-Carlo结果得到。随着SNR逐渐下降到10以下，发现WWB和ZZB都比CRB提供越来越紧的下限。然而，在这些水平的中等信噪比，有一个显着的偏离之间的所有界限和数值蒙特卡罗结果。
1997-05-23 gr-qc
Wave-optics imprints of dark matter subhalos on strongly lensed gravitational waves. II. Saddle images and detectability
GRAPPA Institute, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学 GRAPPA 研究所）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo（东京大学宇宙物理与数学研究所（WPI））
本文扩展了强引力透镜引力波中暗物质子晕的波动光学干涉印记计算至鞍点像，并评估了LISA对其联合信号的可探测性，发现子晕在两种像奇偶性中均引起百分比级的振幅和相位调制，在62%的模拟实现中可实现5σ以上联合探测。
2026-06-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
