Tin tức Vũ trụ TV

Những chiếc gương biến dạng được cải tiến có thể phát hiện ra các nguồn sóng hấp dẫn mới từ sâu trong không gian

Ngày:
Th3 19, 2020
Tóm lược:

Gương biến dạng, được sử dụng để định hình và điều khiển ánh sáng laser, có bề mặt được làm từ những chiếc gương nhỏ có thể di chuyển hoặc được kích hoạt để thay đổi hình dạng tổng thể của gương. S, lần đầu tiên đã tạo ra một chiếc gương biến dạng dựa trên hiệu ứng lưỡng kim trong đó sự thay đổi nhiệt độ được sử dụng để đạt được sự dịch chuyển cơ học.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại gương biến dạng mới có thể làm tăng độ nhạy của các máy dò sóng hấp dẫn trên mặt đất như Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser tiên tiến (LIGO). LIGO tiên tiến đo các gợn sóng mờ trong thời gian không gian gọi là sóng hấp dẫn được gây ra bởi các sự kiện ở xa như va chạm giữa các lỗ đen hoặc sao neutron.

“Ngoài việc cải thiện các máy dò sóng hấp dẫn ngày nay, những chiếc gương mới này cũng sẽ hữu ích trong việc tăng độ nhạy trong các máy dò thế hệ tiếp theo và cho phép phát hiện các nguồn sóng hấp dẫn mới”, trưởng nhóm nghiên cứu Huy Tường Cao từ nút Đại học Adelaide của Trung tâm xuất sắc của Úc về khám phá sóng hấp dẫn (OzGrav).

Gương biến dạng được sử dụng để định hình và điều khiển ánh sáng laser có bề mặt được làm từ những chiếc gương nhỏ có thể di chuyển, hoặc được kích hoạt để thay đổi hình dạng tổng thể của gương. Như chi tiết trong tạp chí Ứng dụng Quang học của Hiệp hội Quang học (OSA) , lần đầu tiên, Cao và đồng nghiệp đã chế tạo một chiếc gương biến dạng dựa trên hiệu ứng lưỡng kim trong đó thay đổi nhiệt độ được sử dụng để đạt được sự dịch chuyển cơ học.

“Gương mới của chúng tôi cung cấp một phạm vi truyền động lớn với độ chính xác cao,” Cao nói. “Sự đơn giản của thiết kế có nghĩa là nó có thể biến quang học có sẵn trên thị trường thành một chiếc gương biến dạng mà không cần bất kỳ thiết bị phức tạp hoặc đắt tiền nào. Điều này hữu ích cho bất kỳ hệ thống nào trong đó việc kiểm soát chính xác hình dạng chùm tia là rất quan trọng.”

Công nghệ mới được hình thành bởi Cao và Aidan Brooks của LIGO như là một phần của chương trình khách truy cập giữa Đại học Adelaide và Phòng thí nghiệm LIGO được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Úc và Quỹ Khoa học Quốc gia.

Chú thích: Hình minh họa cho thấy mặt cắt ngang của gương lưỡng kim nhiệt và các thành phần của nó. Kiểm soát nhiệt độ của gương thay đổi độ cong của mặt sóng phản xạ. Overlaid trên mặt cắt ngang là ứng suất xuyên tâm mô phỏng, cho thấy sự tập trung của ứng suất tại ranh giới của hai lớp, nơi chất kết dính giữ cấu trúc lại với nhau.

Tín dụng: Huy Tường Cao, Đại học Adelaide
Chú thích: Hình minh họa cho thấy mặt cắt ngang của gương lưỡng kim nhiệt và các thành phần của nó. Kiểm soát nhiệt độ của gương thay đổi độ cong của mặt sóng phản xạ. Overlaid trên mặt cắt ngang là ứng suất xuyên tâm mô phỏng, cho thấy sự tập trung của ứng suất tại ranh giới của hai lớp, nơi chất kết dính giữ cấu trúc lại với nhau.
Tín dụng: Huy Tường Cao, Đại học Adelaide

Xây dựng một tấm gương tốt hơn

Máy dò sóng hấp dẫn trên mặt đất sử dụng ánh sáng laser truyền qua lại hai cánh tay của một người giao thoa để theo dõi khoảng cách giữa các gương ở hai đầu của mỗi cánh tay. Sóng hấp dẫn gây ra một sự thay đổi nhỏ nhưng có thể phát hiện được trong khoảng cách giữa các gương.

Phát hiện sự thay đổi nhỏ này đòi hỏi phải điều khiển và định hình chùm tia laser cực kỳ chính xác, được thực hiện bằng một chiếc gương biến dạng.

“Chúng tôi đang đạt đến điểm mà độ chính xác cần thiết để cải thiện độ nhạy của máy dò sóng hấp dẫn vượt xa những gì có thể đạt được với các kỹ thuật chế tạo được sử dụng để chế tạo gương biến dạng”, Cao nói.

Hầu hết các gương biến dạng sử dụng gương mỏng để tạo ra lượng truyền động lớn nhưng những gương mỏng này có thể tạo ra sự tán xạ không mong muốn vì chúng khó đánh bóng. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại gương biến dạng mới bằng cách sử dụng hiệu ứng lưỡng kim bằng cách gắn một miếng kim loại vào gương thủy tinh. Khi cả hai được nung nóng với nhau, kim loại nở ra nhiều hơn kính, khiến gương bị uốn cong.

Thiết kế mới không chỉ tạo ra một lượng lớn hoạt động chính xác mà còn nhỏ gọn và yêu cầu sửa đổi tối thiểu cho các hệ thống hiện có. Cả gương silica hợp nhất và tấm nhôm được sử dụng để tạo ra gương biến dạng đều có sẵn trên thị trường. Để gắn hai lớp, các nhà nghiên cứu cẩn thận chọn một chất kết dính liên kết để tối đa hóa sự truyền động.

Điều quan trọng, thiết kế mới có ít bề mặt quang học để chùm tia laser đi qua. Điều này làm giảm sự mất ánh sáng do tán xạ hoặc hấp thụ lớp phủ.

Đặc tính chính xác

Tạo một tấm gương có độ chính xác cao đòi hỏi các kỹ thuật mô tả chính xác. Các nhà nghiên cứu đã phát triển và chế tạo một cảm biến phía trước sóng Hartmann có độ nhạy cao để đo mức độ biến dạng của gương thay đổi hình dạng của ánh sáng laser.

“Cảm biến này rất quan trọng đối với thí nghiệm của chúng tôi và cũng được sử dụng trong các máy dò trọng lực để đo lường sự thay đổi phút trong quang học cốt lõi của giao thoa kế”, Cao nói. “Chúng tôi đã sử dụng nó để mô tả hiệu suất của gương và thấy rằng gương rất ổn định và có phản ứng rất tuyến tính với những thay đổi về nhiệt độ.”

Các thử nghiệm cũng cho thấy chất kết dính là yếu tố giới hạn chính cho phạm vi hoạt động của gương. Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để khắc phục giới hạn gây ra bởi chất kết dính và sẽ thực hiện nhiều thử nghiệm hơn để xác minh tính tương thích trước khi kết hợp các gương vào Advanced LIGO.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội quang học . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Huy Tường Cao, Aidan Brooks, Sebastian WS Ng, David Ottaway, Antonio Perreca, Jonathan W. Richardson, Aria Chaderjian, Peter J. Veitch. Gương lưỡng cực hoạt động nhiệt độ cao cho máy dò sóng hấp dẫn . Quang học ứng dụng , 2020; 59 (9): 2784 DOI: 10.1364 / AO.376764

Bài viết liên quan

Bài viết khác