Improved transmission method for measuring the optical extinction coefficient of micro/nano particle suspensions
消光系数是分析微纳米颗粒悬浮体系中辐射输运的基础。传统的透射法测量比色皿中微粒的消光系数时，采用参考系来补偿比色皿和基液的影响。然而，空气/玻璃和液体/玻璃界面之间的多次反射和折射不能通过使用参考系来充分消除，并且引起的测量误差随着这些界面处的两个相邻介质之间的折射率差的增加而显著增加。提出了一种改进的透射法测量微纳米粒子消光系数的方法。基于考虑玻璃/液体界面处的多次反射和折射的光学模型来确定颗粒的消光系数。对不同平均粒径的悬浮液进行了实验验证。通过考虑高阶透射项，改进透射法测量消光系数的精度普遍优于传统透射法，特别是对于光学厚度较小的颗粒悬浮液。本工作为测量微/纳米颗粒悬浮液的消光特性提供了一种替代和更准确的方法。
2017-03-02 physics.ins-det physics.optics
The Advanced LIGO Input Optics
先进的LIGO引力波探测器已经接近其设计灵敏度，应该会在2015年秋季开始获取有意义的天体物理数据。这些共振光学干涉仪将对通过的引力波引起的应变具有前所未有的灵敏度。输入光学器件在允许这些设备达到这样的灵敏度方面起着重要作用。位于预稳定激光器和主干涉仪之间的输入光学器件的任务是准备用于亚attometer级干涉测量的激光束，同时在100 mW至150 W的连续波输入功率水平下工作。这些极端的操作条件要求每个主要部件都是定制设计的。这些设计在很大程度上借鉴了初始LIGO和增强LIGO运行期间获得的经验和理解。在这篇文章中，我们报告了输入光学元件的设计如何满足其严格的要求，并提供了测量结果，以显示它们在多大程度上达到了设计要求。
2016-01-20 astro-ph.IM physics.ins-det
Angular control of optical cavities in a radiation pressure dominated regime: the Enhanced LIGO case
我们描述了激光干涉引力波天文台（LIGO）的4公里探测器的角度传感和控制。作为第一代LIGO探测器的顶峰，增强型LIGO在2009年至2010年期间运行，臂腔中的激光功率约为40千瓦。在这种情况下，辐射压力的影响是显着的，并诱导角光机械传递函数的不稳定性。在这里，我们提出并激励角传感和控制（ASC）设计在这种极端情况下，并提出其实施的结果增强LIGO。ASC性能的亮点是：成功控制光机械扭转模式，1 × 10 ^{-7} rad rms的相对镜面运动，以及对带内应变灵敏度的有限影响。
2013-10-14 physics.ins-det physics.optics
Overview of Advanced LIGO Adaptive Optics
这是高级LIGO（aLIGO）中使用的自适应光学的概述，称为热补偿系统（TCS）。热补偿系统的设计是为了最大限度地减少干涉仪光学模式中的热致空间失真，并为aLIGO核心光学系统中的静态曲率误差提供一些校正。TCS由环形加热器致动器、空间可调CO $_{2}$激光投影仪和哈特曼波前传感器组成。该系统满足Advanced LIGO的标称失真校正要求，最大残余误差为5.4nm，在激光束上加权，最高可达125W的激光输入功率。
2016-08-08 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Suspension platform interferometer for the AEI 10\,m prototype: concept, design and optical layout
目前，汉诺威AEI正在建立一个10米的干涉仪原型装置。原型的一个独特功能将是悬浮平台干涉仪（SPI）。SPI的目的是监测和稳定三个地震隔离光学平台之间的相对运动。真空工作台悬挂在L形配置中，臂长为11.65 μ m。SPI的设计目标是在10，mHz和100，Hz之间将纵向差位移稳定在100，pm/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$水平，并在相同频带内将相对角噪声稳定在10，nrad/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$水平。本文涵盖了SPI的设计方面，例如，不同自由度之间的交叉耦合和光纤指向噪声进行了研究。一个模拟，这表明所选择的SPI的光学设计，所有程度的工作台运动可以感测在一个完全解耦的方式。此外，还示出了SPI感测方案的原理测试证明。
2012-01-23 physics.ins-det physics.optics
Audio-band Coating Thermal Noise Measurement for Advanced LIGO with a Multi-mode Optical Resonator
在现代高精度光学仪器中，例如在引力波探测器或频率基准中，反射涂层中的热致波动可以是限制噪声源。这种噪声称为涂层热噪声，可以通过选择具有低机械损耗的材料来降低。为了进一步降低涂层热噪声，从而提高下一代仪器的灵敏度，有必要对新材料进行研究。提出了一种利用多个厄米-高斯模共谐振的高精细度折叠腔直接测量涂层热噪声的新方法。该方法用于探测频率范围为30-400 Hz的10^-17 m \rtHz量级的表面波动。我们应用这种技术来测量先进LIGO中使用的涂层的热噪声和损耗角。
2016-09-19 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
An analysis and visualization of the output mode-matching requirements for squeezing in Advanced LIGO and future gravitational wave detectors
通过注入频率相关的压缩真空，可以提高地面引力波探测器的灵敏度。可实现的改进最终受到承载GW信号的干涉仪电磁场的损耗的限制。GW信号链中的光损耗的分析和减少对于最佳压缩光增强干涉测量将是至关重要的。在这项工作中，我们分析了一种策略，用于减少输出侧的损失，由于空间模式之间的不匹配的光学腔与使用自适应光学。我们的目标不是自上而下设计探测器，而是在当前设计中最大限度地减少损失。因此，我们认为已经存在光学器件上的致动，并且在信号再循环反射镜和输出模式清洁器之间添加一个透射光学器件。我们的计算结果表明，自适应模式匹配与当前先进的LIGO设计是一个合适的策略，提供小于2%的平均输出模式匹配损耗的损失减少。SR 3上所需的驱动范围为+47 uD，OM 1和OM 2上为+140 mD，SRM基板上为+50 mD，添加的新透射光学器件上为-50 mD。这些要求在与建议实施方案相似或相同配置的实际致动器的证明范围内。我们还提出了一种新的技术，以图形方式说明了匹配的干涉仪模式，并允许定量比较不同组合的致动器。
2020-05-04 astro-ph.IM physics.ins-det
Cryogenic optical shadow sensors for future gravitational wave detectors
位移传感器在引力波探测器中有各种应用。LIGO核心光学系统的地震隔离链利用光学阴影传感器进行稳定。未来的升级，如LIGO Voyager，计划在低温下运行，以减少其热噪声，并将需要低温位移传感器。我们提出的阴影传感器嵌入在伯明翰光学传感器和电磁电机（BOSEMs）的模拟和实验测试的结果。我们确定该器件可以在100 K下可靠地工作。我们还表明，在低温下的BOSEM传感器的性能提高。
2022-05-18 astro-ph.IM physics.ins-det
First Demonstration of Optical Feedback Control to Parametric Instability at Advanced LIGO
University of Western Australia（西澳大学）；LIGO Livingston Observatory（LIGO利文斯顿观测站）
本文首次在公里级引力波探测器中演示光学反馈控制，成功抑制了10.428 kHz的不稳定模式，将参量增益从R=2降至R<0.02，验证了该方案对实现兆瓦级循环功率的有效性。
2026-06-29 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Advanced LIGO Two-Stage Twelve-Axis Vibration Isolation and Positioning Platform. Part 1: Design and Production Overview
新一代的重力波探测器需要前所未有的隔振水平。本文介绍了先进LIGO中用于支撑干涉仪核心光学系统的隔振和定位平台的最终设计。这个五吨两米半宽的系统在超高真空中运行。它具有两个串联安装的隔离级。这些阶段是叠瓦状的，以降低整体高度。每个级在平移和旋转的所有方向上提供隔离。该系统配备了低噪声相对和惯性传感器的独特组合。主动控制提供0.1 Hz至30 Hz的隔离。它使平台运动在1 Hz时降至10^（-11）m/Hz^（0.5）。主动和被动隔振相结合，使平台运动在10 Hz时低于10^（-12）m/Hz^（0.5）。被动隔离在100 Hz时将运动降低到10^（-13）m/Hz^（0.5）以下。本文介绍了该平台如何设计，不仅要满足隔离要求，而且要允许先进LIGO天文台所需的15个单元的建造，测试和调试过程。
2014-07-23 physics.ins-det
First Demonstration of Electrostatic Damping of Parametric Instability at Advanced LIGO
干涉引力波探测器在其臂中以高光功率操作，以便实现高散粒噪声限制的应变灵敏度。增加光功率的一个显著限制是三模参数不稳定性现象，其中臂腔中的激光场被腔镜的声学模式散射成高阶光模。光学模式可以通过辐射压力进一步驱动声学模式，潜在地产生指数累积。一种稳定参数不稳定性的建议技术是声学模式的主动阻尼。我们在这里报告的第一个演示阻尼参数不稳定模式使用主动反馈力的腔镜。使用静电致动来衰减以182秒的时间常数指数增长的15，538Hz模式，得到的衰减时间常数为23秒。需要0.03 nNrms的平均控制力来将声学模式保持在其最小振幅。
2016-11-28 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Review of the Advanced LIGO gravitational wave observatories leading to observing run four
来自双黑洞和中子星合并的引力波正被定期探测到。截至2021年，LIGO和Virgo探测器已经进行了90次有把握的引力波探测。目前正在进行工作，以进一步提高第四次观测运行的探测器的灵敏度，包括安装一些A+升级，旨在降低限制引力波灵敏度的基本噪声。在这篇综述中，我们将概述LIGO探测器的工作原理，包括它们的光学配置和锁定获取过程，讨论探测器的基本和技术噪声限制，并与当前测量的灵敏度进行比较，并回顾目前正在安装在探测器中的A+升级。
2022-02-02 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Grid-based simulation program for gravitational wave interferometers with realistically imperfect optics
我们描述了一个光学模拟程序，模拟一个完整的，耦合腔干涉仪一样，所使用的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）项目。各种各样的干涉仪变形可以建模，包括一般的表面粗糙度和基板的不均匀性，没有先验的对称性假设的干涉仪缺陷的性质。几个重要的干涉仪参数自动优化，以实现最佳的灵敏度为每一个新的扰动镜。模拟输出数据集包括循环功率和电场在不同的点在干涉仪中，无论是主载波光束和其信号边带辅助光束，允许明确计算的散粒噪声限制的引力波灵敏度的干涉检测器进行。在这里，我们提出了一个概述的程序模拟的物理，并展示了它的使用与一系列的运行显示现实变形的反射镜轮廓造成的LIGO性能下降。然后，我们估计这种性能下降后的天体物理源的引力波的可探测性的影响。最后，我们描述的模拟程序的应用程序LIGO的研究和开发工作。
2003-11-18 astro-ph physics.ins-det physics.optics
Thermal modelling of Advanced LIGO test masses
高反射率熔融石英镜是目前先进的引力波探测器的中心。在这些探测器中，反射镜与高功率激光束相互作用。由于高反射率涂层中的有限吸收，反射镜遭受影响探测器性能的各种热效应。我们提出了一个先进的LIGO反射镜模型，它引入了一个经验项来解释反射镜与周围环境之间的辐射热传递。机械模式频率用作反射镜整体温度的探针。在光学腔中功率建立后的热瞬态被用来改进和测试模型。该模型提供了1.5至2.0 ppm的涂层吸收估计，并估计0.3至1.3 ppm的循环光散射到环形加热器上。
2017-04-26 astro-ph.IM physics.ins-det
Optimizing Gravitational-Wave Detector Design for Squeezed Light
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种优化方法，旨在通过减少散射损耗和优化信号回收腔来提升引力波探测器的量子噪声性能。
2022-05-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Frequency-Dependent Squeezing for Advanced LIGO
2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到引力波，开启了引力波天文学时代。对来自更微弱或更远物体的引力波信号的探索推动了技术进步，以实现更灵敏的探测器。自2019年以来，一种先进的技术，即光的压缩态注入，被用于提高高级LIGO探测器灵敏度的散粒噪声极限，频率高于$\sim 50$ Hz。低于该频率，以辐射压力引起的反射镜运动的形式的量子反作用降低了灵敏度。为了同时减少高频处的散粒噪声和低频处的量子辐射压力噪声，需要具有低光学损耗的量子噪声滤波器腔体来旋转作为频率的函数的压缩正交。本文报道了在一个16米长的滤波腔中，观测到了旋转频率为30 Hz的依赖于频率的压缩正交旋转。为这种频率依赖的压缩真空源开发了一种新的控制方案，这里给出的结果表明，低损耗滤波器腔可以实现下一个计划升级到Advanced LIGO（称为“A+”）所需的压缩正交旋转。"
2020-03-26 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
