Robustness Analysis and Controller Design of Arm-locking System in Space-based Gravitational Wave Detectors
针对空间引力波探测器臂锁系统的稳定性问题，本文结合D-细分理论与半离散化方法分析参数稳定边界，并设计鲁棒控制器以在参数扰动下保持闭环稳定并抑制激光频率噪声。
2025-10-20 astro-ph.IM gr-qc
Signal recycled laser-interferometer gravitational-wave detectors as optical springs
利用线性量子测量的力敏感度形式，我们研究了信号回收干涉仪，如LIGO-II的动力学。我们表明，尽管四个臂腔镜的反对称运动模式最初是由自由质量描述的，但当信号回收镜被添加到干涉仪时，辐射压力不仅由于量子涨落随机地干扰了“自由质量”的运动，而且更根本地，使其对力的响应就像它连接到具有特定光学机械刚度的弹簧上一样。这种振荡响应产生了比以前已知的SR干涉仪更丰富的动态，这增强了重塑噪声曲线的可能性，并且如果热噪声可以被推得足够低，则能够击败标准量子极限。我们还展示了使用伺服系统来抑制与光学机械相互作用相关的不稳定性而不损害干涉仪的灵敏度的可能性。
2001-07-05 gr-qc
Sensitivity of laser gravitational-wave detectors with stable double-pumped optical spring
分析了由两个独立泵浦光产生稳定双光弹簧的引力波天线的灵敏度。我们调查政权的三个接近的本征频率（特征方程的根），这似乎提供了更宽的频带中，天线的灵敏度可以击败标准量子极限（SQL）比以前考虑的政权与两个接近的本征频率。我们考虑到光损耗，并表明它们不会显着降低灵敏度。我们还展示了可能的应用考虑制度爱因斯坦望远镜。
2012-01-30 gr-qc physics.optics
Suspension-thermal noise in spring-antispring systems for future gravitational-wave detectors
在高精度光学实验中，弹簧-反弹簧系统已被研究作为可能的低频地震隔离。这些系统提供了将基本谐振频率调谐到原则上任意低的值的可能性，并且同时保持隔离系统的紧凑设计。有人认为，虽然在弹簧-反弹簧系统的热噪声不会小，因为人们可能天真地期望从降低基本共振频率。在本文中，我们提出了一个具体的弹簧-反弹簧系统，即罗伯茨连杆悬架热噪声的详细计算。我们发现一个简洁的表达式的悬浮热噪声频谱，它假定一个非常相似的形式，众所周知的表达式为单摆。结果表明，虽然罗伯茨连杆机构具有很低的基本共振频率，可以提供很强的隔震效果，但其热噪声主要取决于系统的尺寸。我们认为，这是真实的所有水平的机械隔离系统与弹簧-反弹簧动力学。这就对未来潜在的低频引力波探测器中的机械弹簧-抗弹簧系统提出了严格的要求，我们讨论了四个主要概念：原子干涉仪、超导、扭杆和传统的激光干涉仪。
2019-02-19 gr-qc physics.ins-det
Clock-noise propagation and calibration for phase-locking configurations in space-based gravitational-wave detectors
College of Physics, Chongqing University（重庆大学物理学院）；School of Physics and Optoelectronic Engineering, Yangtze University（长江大学物理与光电工程学院）
本文针对空间引力波探测器主从锁相配置，推导时钟噪声传播公式并构建有序边带标定规则，证明锁相可降低TDI组合在最终标定前的时钟噪声残差。
2026-09-10 astro-ph.IM gr-qc
Squeezed-input, optical-spring, signal-recycled gravitational-wave detectors
本文从理论上分析了具有附加输入和输出光学器件的信号回收激光干涉型引力波探测器的量子噪声，即进入暗口的真空的频变压缩和频变零差探测。我们结合了Buonanno和Chen关于信号回收干涉仪与普通输入输出光学器件的量子噪声的工作，以及Kimble等人关于频率相关输入输出光学器件与传统干涉仪的工作。得到了最优输入和输出频率依赖关系的解析公式。结果表明，在整个压缩带宽范围内，以最佳频率相关压缩角注入压缩光，可以使噪声谱密度提高exp（-2r）倍，其中r为压缩参数.它进一步表明，频率相关的（变）零差读出导致额外的灵敏度增加，这是显着的双共振结构的翅膀。在普通输出零差探测的情况下，通过在与频率无关的压缩真空上应用两个光学滤波器，可以实现最佳的变分输入压缩。在本文中，我们以目前正在GEO 600站点完成的信号回收拓扑为例。然而，这里得到的理论结果也适用于先进LIGO的拟议拓扑结构。
2003-03-19 gr-qc
Angular Noise in Gravitational Wave Detectors
在引力波干涉仪中，悬置反射镜的角度起伏是探测器锁定和运行的噪声源。我们在这里描述这些波动的一些来源和方法，估计其数量级。
2001-02-11 gr-qc
Matters of Gravity, the newsletter of the APS Topical Group on Gravitation, Spring 2002
社区新闻：- 引力波物理中心，作者Sam Finn -圆周理论物理研究所，作者Lee Smolin研究简报：-GEO 600内的探测器和数据开发，作者Alicia Sintes -虚拟数据网格和LIGO，作者Pat Brady和Manuela Campanelli - 1000小时的数据和回收的TAMA 300的第一把锁，作者Seiji Kawamura - LIGO需要一些数据！，作者：Stan Whitcomb -量子引力：从意想不到的方向发展，作者：Matt Visser会议报告：-宾夕法尼亚州立大学的引力波现象学，作者：Nils Andersson
2002-02-13 gr-qc
Quantum locking of mirrors in interferometers
我们表明，在非常敏感的干涉测量，如引力波探测器的量子噪声可以大大修改量子反馈。我们提出了一个基于主动控制的新方案，在量子水平上将反射镜的运动锁定在参考镜上。这种简单的技术可以减少辐射压力的量子效应，并大大提高检测的灵敏度。
2003-02-26 gr-qc quant-ph
Demonstration of optical spring in an un-detuned cavity containing an optical parametric amplifier
本研究在含光学参量放大器的非失谐腔中实现光学弹簧效应，证实其可通过OPA相位调谐且频移提升超2倍，该方法可用于引力波探测器实现窄带高灵敏度并适配不同引力波信号探测需求。
2024-06-20 gr-qc physics.optics
Back-action cancellation in interferometers by quantum locking
我们表明，在干涉测量，如引力波探测器的反作用噪声可以完全抑制由本地控制的镜子运动。一个优化的测量策略的光机传感器被用来监测反射镜位移。然后，反馈回路消除辐射压力效应而不增加噪声。这种非常有效的技术导致干涉测量的灵敏度增加，其变得仅受相位噪声的限制。此外，反作用抵消对干涉仪中的损耗不敏感。
2003-05-22 gr-qc quant-ph
Engineering the Optical Spring via Intra-Cavity Optical-Parametric Amplification
这种“光学弹簧”是动力学反作用的结果，可以用来提高腔增强引力波探测器的灵敏度。如果腔长度的振荡导致具有光的辐射压力放大腔长度的振荡的相位关系的腔内光功率的振荡，则发生该效应。在这里，我们分析了一个迈克耳孙干涉仪，其光学弹簧腔包括一个额外的光学参量放大器与可调相位。我们发现，相位的参量泵浦场是一个通用的参数，用于成形干涉仪的光谱密度。
2017-11-09 gr-qc quant-ph
Active controls in interferometric detectors of gravitational waves: inertial damping of the VIRGO superattenuator
用于引力波探测的干涉仪的操作在设备的许多部分中需要复杂的反馈控制。本讲座的目的是介绍在这条研究线上所面临的问题类型。注意力集中在“惯性阻尼”的测试质量暂停的处女座干涉仪（超衰减器）：它是一个多维的本地控制，旨在减少剩余运动的悬挂镜相关的正常模式的暂停。它的性能对干涉仪的锁定非常重要。
2000-02-04 gr-qc
Arm locking performance with the new LISA design
激光干涉仪空间天线（LISA）是未来的天基引力波（GW）探测器，设计用于对低频范围（0.1 mHz至1 Hz）的辐射源敏感。LISA的干涉仪信号将由激光频率噪声主导，必须使用称为时间延迟干涉测量（TDI）的算法将其抑制约7个数量级。已经提出了臂锁定以将激光频率噪声降低几个数量级，从而降低与TDI相关的潜在风险。在本文中，我们提出了一个更新的性能模型臂锁定新的LISA任务使用2.5 Gm的臂长，目前假设的时钟噪声，航天器运动，和散粒噪声。我们还更新多普勒频率拉估计锁定捕获期间。
2021-12-01 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Surpassing the Standard Quantum Limit using an Optical Spring
本研究利用光学弹簧产生的量子关联，在适用于引力波探测器的架构下实现了低于标准量子极限2.8 dB的测量灵敏度，为提升Advanced LIGO等探测器的探测范围提供了可行方案。
2024-07-26 gr-qc quant-ph
Negative optical inertia for enhancing the sensitivity of future gravitational-wave detectors
我们考虑用双光弹簧来提高未来引力波探测器的灵敏度。当两个载体的功率、失谐量和带宽选择适当时，双光学弹簧的作用可以描述为“负惯性”，它抵消了测试质量的正惯性，从而提高了它们对引力波的响应。这使我们能够通过信号放大而不是噪声消除，在宽频带上超过自由质量标准量子极限（SQL），这是迄今为止为引力波探测器考虑的所有宽带SQL拍频方案的情况。这种信号放大方案的优点在于它们比噪声消除方案更不易受光损耗的影响。我们表明，这是可行的，以证明这种效果与{ \it金高光功率测试设备}，它最终可以在未来先进的GW探测器实现。
2010-10-06 gr-qc physics.optics
Beating quantum limits in interferometers with quantum locking of mirrors
诸如引力波探测器之类的干涉测量的灵敏度最终受到光的量子噪声的限制。我们讨论了使用反馈机制来减少辐射压力的量子效应。最近的实验表明，通过冷阻尼来减小反射镜的热运动是可能的。反射镜的运动是用基于高精细度腔的光机械传感器测量的，并通过反馈回路减少。我们表明，这种技术可以扩展到锁定在量子水平的镜子。在每个臂上都有法布里-珀罗腔的引力波干涉仪中，甚至可以使用单个反馈机制将一个腔镜锁定在另一个腔镜上。这种量子锁定大大提高了干涉测量的灵敏度。此外，它对诸如干涉仪中的损耗之类的缺陷不敏感。
2003-11-25 gr-qc quant-ph
Sub-SQL Sensitivity via Optical Rigidity in Advanced LIGO Interferometer with Optical Losses
分析了激光干涉引力波探测器的信号回收配置的“光学弹簧”机制，并考虑了干涉仪臂腔中的光学损耗。该制度允许获得比标准量子极限更好的灵敏度，无论是对于自由测试质量还是对于常规谐振子。光损耗限制了灵敏度和可实现的信噪比的增益。然而，对于高级LIGO引力波探测器计划的参数值，这种限制是微不足道的。
2005-11-02 gr-qc
Adjustable picometer-stable interferometers for testing space-based gravitational wave detectors
针对空间引力波探测器地面测试需求，提出一种采用可调自由定位支架的超稳定光机干涉仪概念，将组装时间缩短至数小时并实现皮米级长度稳定性，验证了其在低至 3 mHz 频率下噪声低于 1 pm/sqrt(Hz)。
2025-02-03 gr-qc physics.ins-det
Increasing quantum speed meter sensitivity using optical spring
该研究证明双程量子速度计与无失谐光学弹簧可共存，能在保持宽带增益的同时形成可调低频量子噪声极小值，并实时跟踪啁啾引力波信号。
2025-03-13 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Quantum Noise Reduction in the Space-based Gravitational Wave Antenna DECIGO Using Optical Springs and Homodyne Detection scheme
Nagoya University（名古屋大学）；University of Tokyo（东京大学）；Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency（日本宇宙航空研究开发机构宇宙科学研究所）；LIGO Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院LIGO实验室）；Cardiff University（卡迪夫大学）
针对DECIGO探测器0.1-10 Hz频段的量子噪声，通过建立考虑衍射损耗的量子态模型，优化光学弹簧和零差探测配置，实现了高灵敏度，但不足以探测原初引力波。
2026-06-09 astro-ph.IM 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
Active laser frequency stabilization and resolution enhancement of interferometers for the measurement of gravitational waves in space
激光频率稳定是空间引力波观测站的主要挑战之一。拟议的激光干涉仪空间天线目前正在欧空局和美国航天局的合作下开发。我们提出了一种新的方法，在这样的引力波探测器的主动激光稳定和相位噪声抑制。所提出的方法是“臂锁定”方法的进一步发展，其本质上包括使用干涉仪臂作为光学腔，利用感兴趣的频带中的腔尺寸的极端长期稳定性。我们扩展了这种方法，利用自然的干涉仪臂长差和现有的干涉仪信号作为额外的信息源的准周期激光频率噪声的重建和主动抑制，提高星载引力波探测器的分辨率能力。
2005-08-23 gr-qc
Investigation of crackling noise in the vibration isolation systems of the KAGRA gravitational wave detector
引力波探测器，如KAGRA，需要复杂的反射镜悬挂系统来达到高灵敏度。在这些悬架中的一个特别关注的是裂纹噪声的存在，其中钢晶体结构的运动干扰材料缺陷，导致脉冲力释放和激励反射镜运动。KAGRA悬挂系统中的几何反弹簧滤波器（GAS）的裂纹可能会在引力波探测波段中引入噪声。我们研究了低频循环应力作用下微型气体中的裂纹噪声。我们开发了一个微型和KAGRA气体之间的标度律。将实验结果应用于标度律，使我们能够估计KAGRA中爆裂噪声的上限。发现对于60 Hz以上的引力波，爆裂噪声应低于目标灵敏度。
2021-09-02 gr-qc physics.ins-det
Resonant-plane locking and spin alignment in stellar-mass black-hole binaries: a diagnostic of compact-binary formation
我们研究的天体物理形成方案的旋进动力学的旋转黑洞双星的时间，他们进入第二代和第三代引力波探测器，如先进的LIGO/处女座，LIGO-India，KAGRA和爱因斯坦望远镜的观测窗口的影响。在合理的假设下，潮汐相互作用是有效的对齐的自旋与轨道角动量的太阳质量少的黑洞的祖先，我们发现，黑洞自旋应该被期望优先躺在一个平面时，他们成为可检测的引力波干涉仪。这个“共振平面”可以用条件ΔΦ=0°或ΔΦ=+/-180°来确定，其中ΔΦ是黑洞自旋在与轨道角动量正交的平面中的分量之间的角度。如果角ΔΦ可以在大样本的引力波探测中精确测量，它们的分布将限制致密双星形成的模型。特别是，它将告诉我们潮汐相互作用是否有效，以及质量转移、恒星风或超新星等机制是否可以引起质量比逆转（因此，较重的黑洞是由最初较轻的恒星祖先产生的）。因此，我们的模型在引力波测量和天体物理学之间提供了一个具体的观测联系。我们也希望这将刺激进一步的研究岁差动力学，引力波模板的位置和参数估计锁定在共振平面的双星。
2013-04-28 astro-ph.HE gr-qc
Residual Amplitude Modulation in Interferometric Gravitational Wave Detectors
本文分析残余幅度调制对引力波探测激光干涉仪腔长信号、传感矩阵及噪声扣除的影响，并通过仿真给出Advanced LIGO的RAM要求，证明其不会限制灵敏度。
2013-09-18 astro-ph.IM gr-qc
Performance of multiple filter-cavity schemes for frequency-dependent squeezing in gravitational-wave detectors
本文评估了多滤波谐振腔方案在引力波探测器中频率依赖压缩的性能，发现耦合谐振腔在抗退化方面优于双谐振腔，并提出了一种升级方案。
2025-10-05 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Wave Front Sensing demodulated at the difference frequency between two phase-modulation sidebands in a compound interferometer configuration for a gravitational-wave detector
Institute for Cosmic Ray Research (ICRR), KAGRA Observatory, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所（ICRR），KAGRA天文台）；Graduate School of Science and Technology, Niigata University（新潟大学科学技术研究生院）
通过在复合干涉仪配置中利用两个相位调制边带之间的差频，提出了一种新的波前传感技术PMPMWFS，用于解耦多个对准自由度。
2025-12-18 astro-ph.IM gr-qc
Conceptual design and science cases of a juggled interferometer for gravitational wave detection
JIFO是一种基于地球的引力波探测器，使用反复自由下落的测试质量。由于不担心地震噪声和悬浮热噪声，JIFO可以在较低频率下具有比目前地球上的引力波探测器更好的灵敏度。如果采用边缘锁定方法，JIFO的数据读出方法可能具有挑战性。本文提出了一种通过构造具有与条纹无关的信噪比的复变函数进行相位重构的方法。考虑到爱因斯坦望远镜（ET）的位移噪声预算，我们表明，在0.1-2.5 $\,$ Hz，即使不连续的数据，篡改的测试质量显着提高灵敏度。提高灵敏度带来的科学案例将包括用$10^4-10^5\,M_{\odot}$探测黑洞的准正常模式，用黑洞和中子星吸气测试Brans-Dicke理论，以及探测与原始黑洞相关的引力波。
2022-07-19 astro-ph.IM gr-qc
Storage rings as detectors for relic gravitational-wave background ?
我们认为储存环可以用于低频引力波背景的探测。我们解释了由Takao和Shimada观察到的SPring-8储存环的机器周长的系统收缩（Proceedings of EPAC 2000，Vienna，2000，p.1572），这是由遗迹引力波背景的影响引起的。我们表明，系统的收缩的机器周长可以解释的遗迹引力波的背景，即使它被视为一个随机系统传入的平面上的机器周长从宇宙的各个方面。我们表明，机器周长的系统收缩率不取决于存储环的半径，并且对于任何半径的存储环都应该是通用的。
2021-03-30 astro-ph gr-qc hep-ex
Inertial control of the mirror suspensions of the VIRGO interferometer for gravitational wave detection
为了在低频率下获得完全的探测灵敏度，干涉型引力波探测器的反射镜必须与地震噪声隔离。VIRGO隔振器，称为“超衰减器”，在4 Hz以上的频率下完全有效。然而，反射镜在系统的机械谐振频率下的残余运动对于干涉仪锁定系统来说太大，必须加以阻尼。一个多维反馈系统，使用惯性传感器和数字处理，已被设计用于此目的。确定系统的反馈控制的实验程序已被定义。在本文中给出了一个完整的描述系统和实验结果。
2001-06-28 gr-qc
Quantum Noise from Vacuum Field Injection in Optical Cavities with Diffraction-related Loss
Nagoya University（名古屋大学）；Japan Aerospace Exploration Agency（日本宇宙航空研究开发机构）；University of Tokyo（东京大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
本文研究了DECIGO探测器中衍射相关损耗对量子噪声的影响，通过推导输入输出关系和光学机械方框图，分析了衍射引起的真空场对辐射压力噪声的微小增加，以及如何通过调谐和混频检测提高灵敏度。
2026-05-10 gr-qc physics.ins-det physics.optics
A cryogenic test-mass suspension with flexures operating in compression for third-generation gravitational-wave detectors
本文提出一种用于爱因斯坦望远镜低温测试质量的新型硅悬挂概念设计，利用硅压缩强度高的特性，采用刚性梁与短柔性铰链组合，消除反冲质量并使用光学反弹簧，以降低热噪声并改善隔振。
2025-03-24 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Orbital decay of double white dwarfs: beyond gravitational wave radiation effects
对于像双白矮星（DWD）这样的致密天体双星的轨道演化，传统的描述假设系统仅由引力波（GW）辐射驱动。然而，高磁场的强度高达千兆高斯测量在DWD警报的电磁（EM）发射的演变中的潜在作用。我们评估DWDs的轨道动力学GW辐射的影响下，潮汐同步，和EM发射的单极电感器所产生的磁性初级和非磁性次级的相对运动。我们表明，电磁辐射可以影响的轨道动力学的磁场大于兆高斯。我们将该模型应用于两个已知的DWD，SDSS J0651+2844和ZTF J1539+5027，对于这两个DWD，GW辐射本身并不能完全解释测量到的轨道衰减率。我们得到上限的主要的磁场强度，超过该EM发射导致的轨道衰减速度比观察到的。潮汐锁定和EM发射的贡献是相当的，并且它们一起可以对测量的轨道衰减率贡献高达$20\%$。我们表明，重力波形的DWD建模为纯粹由GWs驱动，包括潮汐相互作用和EM发射可以有大的相对相移检测的频率相关的空间为基础的探测器，如LISA的兆赫制度。因此，在波形模板中包括除GW辐射之外的物理对于使用已知源校准GW检测器是必要的，例如，ZTF J1539+5027，并推断二进制参数。
2022-10-14 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
