Advanced technologies for future ground-based, laser-interferometric gravitational wave detectors
本文综述了引力波探测领域的现代光学技术。我们描述了当前国家的最先进的引力波探测器技术方面的光学布局，悬挂和测试质量。我们讨论了这些子系统中的主要来源和噪声，以及有助于减轻未来几代探测器的发展。我们非常简要地总结了一些新的天体物理学，将有可能与这些升级的探测器。
2014-06-26 astro-ph.IM gr-qc
The Past, Present and Future of the Resonant-Mass Gravitational Wave Detectors
本文从引力波的概念及其数学推导，爱因斯坦的广义相对论，到棒探测器和球探测器的发展现状，包括双探测器和非共振换能器球探测器，综述了共振质量引力波探测器的发展前景。该评论不仅涵盖了探测器的技术方面和将要完成的科学，而且还从历史的角度分析了这一主题，涵盖了从韦伯的开创性工作开始的四十年来的各种探测工作。
2010-09-06 astro-ph.IM gr-qc
Development of a polarimetry method toward in-situ substrate birefringence characterization of ground-based gravitational wave detectors
本文提出并演示了一种面向引力波探测器测试质量镜的原位双折射表征偏振测量方法，通过桌面实验验证其可行性，并讨论了未来在大型探测器中的应用与发展。
2025-05-06 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
LCGT and the global network of gravitational wave detectors
引力波是爱因斯坦在广义相对论中预言的时空畸变的传播。强烈的引力波会来自一些剧烈的天体，如中子星双星、黑洞、超新星、旋转双星和脉冲星的合并。对这些天体引力波的探测将为\textit{`gravitational wave astronomy'}打开一扇新的大门。引力波将成为研究物理学和天体物理学的一种探测器。为了搜寻这些引力波，大型激光干涉仪将组成一个全球探测器网络。先进的LIGO和先进的Virgo正在从电流探测器升级。其中一个LIGO探测器正在考虑迁移到澳大利亚。IndIGO或爱因斯坦望远镜是未来的计划。大型低温引力波望远镜（LCGT）正在日本建设，其特点是低温冷却镜和地下场地。本文将介绍LCGT的设计和建造情况，并简要介绍目前世界上引力波探测器的现状。这些引力波探测器网络将于2016年底或2017年启动，并可能发现引力波。例如，这些探测器将达到其搜索范围的合并中子星二是超过200百万秒差距，和几个或更多的事件，每年将预期。由于大多数引力波事件都是天体的高能现象，因此在电磁辐射（可见光、X/γ射线）、中微子、高能粒子等中可能有对应的证据。因此，相互跟踪观测将为我们提供更多的信息。
2011-12-14 astro-ph.IM gr-qc
Sky localization of space-based gravitational wave detectors
定位引力波源的天空位置是引力波观测的一个关键科学目标。利用Fisher信息矩阵近似方法，计算了LISA和天琴两个计划中的天基引力波探测器的角分辨率，考察了探测器的结构特性，如探测器平面的方位变化、日心或地心运动以及臂长等对源定位精度的影响。研究发现，由于天琴探测器平面方位的年变化而产生的振幅调制有助于LISA获得更高的天空定位精度和更好的天空覆盖，即使天琴探测器平面方位固定，其对天琴的影响也可以忽略不计。在30mHz以上的频率范围内，天琴的天空定位能力优于LISA。此外，我们探索潜在的空间探测器网络的快速和准确的定位的引力波源。LISA-TianQin网络对1 - 100 mHz范围内的源具有较好的天空定位能力，其角分辨率比单个探测器具有更大的天空覆盖范围。
2021-05-04 astro-ph.IM gr-qc
Observing Gravitational Waves with a Single Detector
寻找引力波的一个主要挑战是区分真正的天体物理信号和地球起源的信号。因此，引力波实验使用多个探测器，只考虑那些在两个或多个仪器中同时出现的信号。然而，目前还不清楚如何解释只有一个探测器工作时观测到的巨大引力波候选者。在本文中，我们证明了所观察到的双黑洞合并率可以被利用，以使一个探测器单独的引力波信号的可靠检测。我们量化检测置信度的概率$P(S)$的信号候选人是天体物理起源。我们发现，在目前的仪器灵敏度水平，一个先进的LIGO探测器观察到的响亮的信号候选人可以分配$P(S)\gtrsim0.4$。在未来，Advanced LIGO可能能够观察到置信度超过$P(S)\sim90\%$的单探测器事件。
2017-07-28 astro-ph.IM gr-qc
Constraining the stochastic gravitational wave from string cosmology with current and future high frequency detectors
弦宇宙学中的前大爆炸模型预言了早期宇宙中引力波辐射的残余背景。该背景的频谱显示能量密度随频率快速上升，这是高频（即，千赫兹）检测器。本文讨论了当前和未来的引力波探测器（GWD）网络的多种配置对弦宇宙学中预测的随机背景的约束能力。约束功率由重叠减少函数和多个探测器的灵敏度曲线共同确定。进一步阐述了未来中国探测器和千赫兹探测器对探测器网络在弦宇宙学随机背景下的约束能力的可能贡献。我们的结果表明，加入中国探测器后，GWD网络对弦宇宙学引力波背景的探测能力将得到显著提高。这是因为中国探测器（例如位于武汉）与KAGRA一起具有比激光干涉仪引力波天文台探测器对更好的重叠减少功能，因此导致对随机背景探测的更严格限制。在理想的重叠减少函数下，即共定位检测器，千赫灵敏度曲线比以往的检测器具有更好的性能，用于随机背景检测。最后，将所得结果与大爆炸核合成界的观测约束所给出的限制进行了比较。
2019-11-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Low Latency transient search of Gravitational Waves for the Advanced Detectors
第一次探测的可靠性是引力波界最感兴趣的挑战之一。为了增加探测的可信度，LIGO和Virgo合作已经开始在引力波探测器和其他天文仪器（如电磁或中微子探测器）之间进行同步观测。这可以从两个方向进行：搜寻电磁信息触发的引力波，或者将电磁望远镜指向引力波分析实时给出的天空位置。后一种情况的成功在很大程度上取决于引力波管道的分析速度，以分析数据并提取具有尽可能多信息的任何引力波候选。在本文中，我们讨论的情况下，相干Waveburst管道，在过去的科学LIGO-Virgo分析搜索的引力波瞬变的主要管道，报告的能力，使一个全天和所有时间的分析和分析速度性能。
2015-12-01 astro-ph.IM gr-qc
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
Gravitational wave detectors from an experimental perspective
Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸天文台）；Laboratoire ARTEMIS, CNRS（ARTEMIS实验室，法国国家科学研究中心）
本文从实验角度介绍了引力波探测器的基本原理，分析了噪声源及其对探测器灵敏度的影响，并通过Virgo探测器的计算展示了灵敏度曲线的估计。
2026-01-28 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Astrophysics with core-collapse supernova gravitational wave signals in the next generation of gravitational wave detectors
下一代引力波探测器将改善对来自核心坍缩超新星的引力波的探测前景。核心坍缩超新星涉及的复杂天体物理学对模拟这种现象提出了重大挑战。超新星模型证据提取器（SMEE）试图通过使用数值相对论波形来创建近似模型，从而捕获来自核心坍缩超新星的引力波信号的主要特征。然后，这些模型可以用于执行贝叶斯模型选择，以确定目标天体物理特征是否存在于引力波信号中。在本文中，我们扩展SMEE的模型选择能力，包括功能的引力波信号，与g-模式和常设吸积激波不稳定性。这是第一次，我们使用模拟数据测试SMEE的性能，用于计划中的未来探测器，如爱因斯坦望远镜，宇宙探测器和LIGO旅行者。此外，我们还展示了如何通过从超新星波形的频谱图而不是包含随机特征的时间序列波形创建模型来提高SMEE的性能。在第三代探测器配置中，我们发现大约50%的中微子驱动的模拟在100 kpc时可探测到，在275 kpc时可探测到10%。对于所有检测到的信号，正确地确定了爆炸机理。
2019-03-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
Localization of gravitational wave sources with networks of advanced detectors
与引力波探测器和其他天文仪器的重合观测是LIGO、Virgo和GEO探测器网络实验的重点。随着下一代先进探测器的上线，它们将成为未来GW天文学的必要组成部分。这种联合观测的成功直接取决于GW探测器的源定位能力。在本文中，我们目前的研究与未来先进的探测器网络的瞬态源的天空定位，并描述其基本属性。通过重建天空坐标的ad hoc信号注入到模拟探测器噪声，我们研究了源定位的准确性和依赖于注入信号的强度，波形和网络配置。
2011-01-27 astro-ph.IM gr-qc
Distributed State Machine Supervision for Long-baseline Gravitational-wave Detectors
激光干涉仪引力波天文台（LIGO）由两个完全相同但独立的长基线引力波探测器组成。每个先进的LIGO探测器都由复杂的光学机械系统组成，这些系统通过多层主动隔震与地面隔离，所有系统都由数百个快速数字反馈控制系统控制。本文介绍了一种新的基于状态机的自动化平台，开发来处理这些检测器的自动化和监督控制的挑战。该平台，称为\textit{Guardian}，由分布式的，独立的，状态机自动机节点分层组织的完整的检测器控制。用户代码用标准Python编写，该平台旨在促进与调试复杂的Advanced LIGO仪器相关的快节奏开发过程。Guardian是一个通用的状态机自动化平台，可用于所有级别的实验控制，从简单的桌面设置到数百万美元的大型设施。
2016-08-11 astro-ph.IM gr-qc
Bose-Einstein Condensates as Gravitational Wave Detectors
我们研究了玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）作为引力波探测器的特性，并通过优化凝聚体的性质和测量时间来研究其灵敏度。我们发现，检测千赫引力波是有限的，目前的实验技术在压缩BEC声子。挤压BEC态的技术的未来改进可以使它们成为天体物理和/或宇宙学起源的引力波的有竞争力的探测器。
2019-03-04 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Ground Based Gravitational Wave Astronomy in the Asian Region
目前的引力波探测器已经发现了一个令人惊讶的重恒星质量黑洞的人口，和一个更大的人口合并中子星。第一次观测已经导致了许多戏剧性的发现和在非常强的引力场中广义相对论的证实。引力波天文学的未来看起来一片光明，特别是如果能够实现具有更高灵敏度、更宽带宽和更好全球覆盖的额外探测器。第一批发现为设计用于在nHz、mHz和kHz频段进行探测的引力波探测器增添了动力。本文回顾了导致最近发现的长达一个世纪的斗争，并报告了未来探测器的设计和可能性。讨论了未来探测器在亚洲区域的好处，包括分析设在澳大利亚的探测器的好处。
2020-04-16 astro-ph.IM gr-qc
Efficient Gravitational-wave Glitch Identification from Environmental Data Through Machine Learning
LIGO天文台通过监测探测器长度的变化来探测引力波，探测器长度小于$10^{-19}$\，即$m/\sqrt{Hz}$变化--构成探测器的原子大小的一小部分。为了达到这种灵敏度，需要密切监测探测器及其环境。除了引力波数据流之外，LIGO还连续记录了数十万个环境和仪器数据通道，以监测可能导致探测器噪声的微小变化。一个特别具有挑战性的问题是引力波信号中出现了被称为"毛刺"的短暂、响亮的噪声伪影，这些伪影是环境或仪器造成的，但可以模仿真正的引力波，因此阻碍了灵敏度。目前，它们主要通过分析引力波数据流来识别。在这里，我们提出了一种机器学习方法，可以通过监测\textit{all}环境和探测器数据通道来识别故障，由于其规模和引力波探测器内的自由度数量，这项任务以前没有被追求过。该方法能够降低引力波探测器网络的虚警率，改善LIGO仪器，从而提高探测的可信度。
2020-01-23 astro-ph.IM gr-qc
Newtorites in bar detectors of gravitational wave
1984年，伯纳德、德·鲁尤拉和劳特鲁普研究了在引力棒探测器中探测只有引力相互作用的粒子（牛顿体）。暗物质搜索的负面结果建议我们去寻找像牛顿石这样的奇异的可能性。将介绍Nautilus棒探测器获得的极限，并讨论可能的改进。由于引力耦合非常弱，可能的极限与暗物质所需的极限相差甚远，但对于大质量来说，这是在地球上获得的最佳极限。将给出宏观粒子限值的更新。
2015-11-16 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Study of Parametric Instability of gravitational wave detectors using silicon test masses
参量不稳定性是高功率激光干涉引力波探测器的固有风险，其中光学腔模与反射镜的声学模相互作用导致声学振动的指数增长。在本文中，我们研究了潜在的参数不稳定性的建议下一代引力波探测器的基础上冷却硅测试质量。结果表明，每个试验质量将有大约2个不稳定模式，最高参数增益约为76。发展合适的不稳定性抑制计划的重要性被强调。
2016-09-09 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
In situ substrate birefringence characterization in gravitational wave detectors using a heterodyne polarimetry method
Cardiff University（卡迪夫大学）；The University of Tokyo（东京大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Nikhef, National Institute for Subatomic Physics（荷兰国家亚原子物理研究所）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Universit‘ a di Trento（特伦托大学）
本文提出一种异步极化法用于重力波探测器中原位表征衬底双折射，以提高探测器灵敏度。
2025-12-19 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Realistic Filter Cavities for Advanced Gravitational Wave Detectors
全球正在进行的探测引力波的努力继续推动精确测量的极限，同时旨在为理解天体物理学和基础物理学提供新的工具。光的压缩态提供了一种经证实的提高引力波探测器灵敏度的方法，有可能将天体物理源的探测率提高一个数量级以上。由于辐射压噪声在先进探测器中起着重要的作用，因此需要依赖于频率的压缩。在本文中，我们提出了一个实用的方法来产生频率相关的压缩先进LIGO和类似的干涉引力波探测器。
2013-05-07 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Next-generation global gravitational-wave detector network: Impact of detector orientation on compact binary coalescence and stochastic gravitational-wave background searches
本研究探讨下一代引力波探测器网络中臂朝向对随机背景和致密双星并合搜索灵敏度的影响，提出优化方法并比较五种配置，表明全球协调建设该网络具有优势。
2025-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Operating Water Cherenkov Detectors in high altitude sites for the Large Aperture GRB Observatory
水切伦科夫探测器（WCD）是使用单粒子技术探测10 GeV - 1 TeV能量范围内伽马射线暴的有效探测器，因为它们对高能光子在大气中级联时产生的低能次级光子敏感。大孔径伽玛射线暴天文台（LAGO）在高海拔地区（海拔4500米以上）运行WCD阵列。在玻利维亚、墨西哥和委内瑞拉，计划扩展到秘鲁。详细的操作和稳定性，这些WCD在偏远地区的高背景率的粒子将被详细说明，并与模拟。还将介绍由于在高空运行、大气影响和太阳活动以及可能的硬件改进而产生的具体问题。
2009-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Quantum Enhanced Interferometer for Kilohertz Gravitational Wave Detection
未来的引力波天文学和宇宙学研究需要更高灵敏度和更大千赫窗口带宽的引力波探测器。本文介绍了一种利用光的偏振态作为信号载体的新型宽带高频激光干涉引力波探测器。除了法布里-珀罗腔臂外，我们还引入了双功率循环来进一步放大引力波信号。提出了一种新的微弱测量放大方法，用于放大探测信号，保证探测器的长期运行。该探测器配备了压缩光，在300 Hz到几kHz的窗口内显示出足够的灵敏度，使其适用于高频引力波源的研究。将该探测器加入到现有的探测网络中，可以显著提高探测双星中子星合并物理的能力。该探测器的研制为今后地面引力波探测器的研制提供了一种新的思路。
2021-07-13 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Detection Prospects of Core-Collapse Supernovae with Supernova-Optimized Third-Generation Gravitational-wave Detectors
我们对第三代引力波探测器进行了优化，以最大限度地扩大探测核心坍缩超新星的范围。基于对核心坍缩的三维模拟和相应的引力波波形发射，即使在第三代探测器时代，这些波形的相应探测范围也仅限于我们的银河系内。相应的事件发生率是每世纪两次。我们从波形中发现，要探测一年一次的核心坍缩超新星，引力波探测器在100 ~ 1500 Hz的频率范围内需要3 $\times10^{-27}~$ Hz $^{-1/2}$的应变灵敏度。我们还探索了技术上超出第三代探测器范围的探测器配置。我们发现，通过这些改进，CCSN引力波观测的事件率仍然很低，但提高到二十年一次。
2019-05-31 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Estimating parameters of coalescing compact binaries with proposed advanced detector networks
LIGO和Virgo地基引力波探测器的先进版本预计将在三个地点运行：汉福德，利文斯顿和Cascina。最近有人提议在澳大利亚或印度设立第四个观测站;还有可能利用日本的大型低温引力波望远镜进一步扩大该网络。使用贝叶斯参数估计分析的模拟引力波信号从一系列的聚结二进制的位置和方向在固定的距离或信噪比，我们研究了改进的参数估计所提出的网络。我们发现，第四个探测器站点可以打破几个参数的简并，特别是，在天空中的源的本地化改善了一个因素~ 3- 4的澳大利亚网站，或~ 2.5- 3.5的印度网站，与更温和的改善距离和二进制倾角估计。这种增强的定位天空中源的能力对于任何寻找探测到的引力波信号的电磁对应物都至关重要。
2012-01-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Atmospheric Newtonian Noise May Constrain Third-Generation Gravitational-Wave Detectors
本文通过通用标度公式重新评估大气牛顿噪声，指出其对先进LIGO影响有限，但将主导第三代低频引力波探测器，且低频截止频率主要取决于探测器埋深。
2025-05-08 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Metrics for multi-detector template placement in searches for short-duration nonprecessing inspiral gravitational-wave signals
使用家庭的多检测器F-统计度量短时间内，nonprecessing inspiral信号，我们推导出一个边缘化的度量，是直接适用于生成模板银行重合和相干多检测器搜索引力波的问题。该度量与其他平均度量进行比较，例如针对与来自旋转中子星的连续信号相关联的搜索的情况提出的度量。我们展示了如何四维度量可以分为两个二维度量与天空和质量参数子空间，允许创建单独的模板银行为这些子空间。最后，我们提出了一种算法，用于计算与一致和相干多探测器有针对性的或全天空搜索短时间，非旋进螺旋引力波信号的质量空间度量。
2013-07-16 astro-ph.IM gr-qc physics.data-an
Effects of mirror birefringence and its fluctuations to laser interferometric gravitational wave detectors
针对晶体材料双折射及涨落影响激光干涉引力波探测器灵敏度的问题，本文解析估算了镜面基底与涂层的相关效应，给出硅基底和AlGaAs涂层的双折射涨落指标要求，并指出需考虑光学腔响应以准确估算退偏振光学损耗。
2024-01-31 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Suspending test masses in terrestrial millihertz gravitational-wave detectors: a case study with a magnetic assisted torsion pendulum
当前的地面引力波探测器工作频率高于10 Hz。建造能够观测10 mHz -10 Hz信号的低频引力波探测器具有强烈的天体物理学动机。虽然天基探测器是实现这一目的的一种手段，但也可以考虑地面探测器。然而，存在许多技术挑战。特别是，很难隔离试验质量，使它们既能抗震，又能在毫赫兹频率的重力影响下自由下落。我们调查的挑战，低频悬浮在一个假设的地面探测器。作为一个案例研究，我们考虑磁辅助引力波摆内扭转（MAGPI）悬浮设计。我们构建一个噪声预算来估计一些所需的规格。在这样做的时候，我们确定什么是可能是一些通用的限制噪声源地面毫米波引力波悬浮系统（以及一些特有的MAGPI设计）。我们强调显着的实验挑战，以争辩说，毫赫兹悬浮液的发展将是一项艰巨的任务。任何依赖磁铁的系统都面临着更大的挑战。可靠的机械设计，如Zollner阻尼器，可以提供最佳的前进路径。
2017-03-24 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
A Resonant Mode for Gravitational Wave Detectors based on Atom Interferometry
我们描述了一种原子干涉引力波探测器的设计，可以在谐振模式下工作，以提高灵敏度。通过振荡原子波包的位置，这种共振检测模式允许在目标频率处相干增强的窄带灵敏度。所提出的检测器是灵活的，可以快速切换之间的宽带和窄带检测模式。例如，在宽带模式下发现的二进制可以随后通过使用定制的窄带探测器响应随着螺旋的演变而进一步研究。除了像锁定放大器一样对天体物理事件起作用外，共振方法的增强灵敏度还为寻找重要的宇宙学信号提供了可能性，包括暴胀产生的随机引力波背景。我们给出了一个例子的探测器参数，这将允许探测到膨胀引力波下降到$Ω_\text{GW} \sim 10^{-14}$的两个卫星天基探测器。
2016-10-23 astro-ph.IM gr-qc hep-th
Generating transient noise artifacts in gravitational-wave detector data with generative adversarial networks
引力波探测器数据中的瞬态噪声毛刺限制了搜索的灵敏度并污染了探测到的信号。在本文中，我们展示了如何使用生成对抗网络来模拟毛刺。我们为LIGO、KAGRA和Virgo探测器中最常见的22种故障生成了数百张合成图像。人工毛刺可以用来提高搜索和参数估计算法的性能。我们执行神经网络分类，以表明我们的人工故障与真实故障非常匹配，所有22种故障类型的平均分类准确率为99.0%。
2023-01-03 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves
引力波探测器已经在令人感兴趣的灵敏度水平上运行，它们有一个升级的路径，到2014年应该会导致安全的探测。我们回顾了引力波的物理学，它们如何与探测器（棒和干涉仪）相互作用，以及这些探测器如何工作。我们研究了最可能的引力波源，并回顾了用于从探测器噪声中提取其信号的数据分析方法。然后我们考虑物理学、天体物理学和宇宙学的引力波探测和观测的结果。
2009-03-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Detector orientation matters: Consequences for gravitational-wave background detectability
Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学，蔚蓝海岸天文台）；University of Texas Rio Grande Valley（德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校）；King’s College London, University of London（伦敦大学国王学院）
本文通过简单示例展示地球L形激光干涉仪对的相对方向如何显著影响各向同性和各向异性引力波背景的可探测性。
2026-10-07 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
