Studio di un sistema di Compensazione Termica per interferometri gravitazionali avanzati

Transcript

1 Dott.ssa LAURA SPERANDIO Studio di un sistema di Compensazione Termica per interferometri gravitazionali avanzati 1

2 Rivelatori Interferometrici di II generazione - LIGO / VIRGO (Rivelatori di I generazione) i tre rivelatori rappresentano attualmente un unico network: Analisi dati congiunta -Advanced LIGO / Advanced VIRGO (Rivelatori di II generazione) - Migliore sensibilità - Miglioramento del volume di Universo osservato (fattore 1000) 140 Mpc per sistemi binari di oggetti compatti in coalescenza Aggiornamenti apparato sperimentale necessari 2

3 Aggiornamenti Sperimentali Laser Maggior potenza (~800 kw nella cavita FP) Riduzione dello shot noise Migliore rapporto S/N ad alta frequenza COMPENSAZIONE TERMICA Effetti termici da minimizzare o eliminare Specchi Riduzione rumori termici a frequenza intermedia Stesso diametro, doppio spessore, peso 42Kg test mass sospeso con fibre sottili in SiO2 Isolamento sismico Il Superattenuatore (SA) potrebbe subire modifiche per adeguarsi alle nuove prospettive Sistema di iniezione Ottica di input migliore per ridurre le perdite Vuoto Miglioramento di circa un fattore 100 3

4 Sensibilità a confronto Virgo Virgo + Ad Virgo 4

5 Sensibilità di Ad VIRGO Ad Virgo Laser input. 125W 5

6 Assorbimento e conseguenze Assorbimento del Substrato e del Rivestimento gradiente di temperatura T Coefficiente Termoottico β T ( r) = n( r) OPL( r) = l n( r) Gradiente indice di rifrazione Gradiente cammino ottico Thermal Lensing Il fascio del laser vede lo specchio come se fosse convergente 6

7 Effetti Termici Effetto Termoottico: Coefficiente Termoottico Deformazione Termoelastica: Coefficiente di espansione termica Cavità instabili (ITF non funziona) Diminuzione Potenza Laser Peggioramento rapporto S/N ad alta frequenza 7

8 In Advanced VIRGO Variazione del Cammino ottico Deformazione Termoelastica della superficie HR Assorbimento in potenza: Rivestimento (0.5 ppm) Substrato (0.3 ppm/cm) Assorbimento Totale 0.5W Circa il 90% è assorbita dal rivestimento 8

9 Compensazione Termica (TCS) Correzione degli effetti termici distorsione del fronte d onda in PRC e SRC deformazioni elastiche delle superfici HR sia in ITMs che in ETMs TCS: deve compensare entrambi gli effetti! 9

10 TCS invirgo Specchi di guida: Direttamente sullo specchio Laser YAG λ =1064nm CO2 Laser λ =10nm Lente conica AXICON Le fluttuazioni in potenza del laser CO2 introducono rumore nell interferometro (rumore di spostamento dell ottica). Per Advanced VIRGO queste fluttuazioni andrebbero ridotte a 10 8 / 50Hz, ma questo non è fattibile. E necessaria un ottica aggiuntiva su cui agire con il laser CO2: Compensation Plate 10

11 TCS: Soluzione scelta per Advanced Virgo (Laser CO 2 e CP) + RH CP Compensation Plate corregge le distorsioni del fronte d onda RH Heating Ring corregge il raggio di curvatura delle TM - CP è situato nella cavità di ricircolo e non ha superfici HR - Spessore CP circa 3 cm. N W E S 11

12 TCS in Advanced Virgo Sistema a doppio axicon per un profilo ottimizzato Processo di ottimizzazione iterativa che usa come segnale di errore l aumento del cammino ottico (ANSYS) Corrispondente variazione della lunghezza del cammino ottico 12

13 Sensori per la TCS TCS sensing deve monitorare gli effetti termici in ogni TM distorsione del fronte d onda ITM + CP deformazione del raggio di curvatura tutte le TM ITF channels mostrano il grado di aberrazione all uscita dell ITF Phase cameras che campionano il fascio dell ITF, osservano i modi nella cavità TCS control system usa le informazioni come input per gli attuatori che agiscono sulle ottiche (Feedback) 13

14 Conclusioni Rivelatori di II generazione La sensibilità migliora di 1 ordine di grandezza Per abbassare lo shot noise potenza maggiore forti effetti termici TCS corregge distorsioni del fronte d onda e deformazioni termo-elastiche delle ottiche CP e profilo anulare ottimizzato + RH Sensori della TCS 14