Precision Interferometry in a New Shape: Higher-order Laguerre-Gauss Modes for Gravitational Wave Detection

با دکترای خود. پایان نامه ای که در اینجا در قالب یک «تزهای بهار» ارائه شد، پل فولدا برنده جایزه پایان نامه GWIC 2012 شد که توسط کمیته بین المللی موج گرانشی اعطا شد. تأثیر نویز حرارتی بر آشکارسازهای امواج گرانشی آینده به اندازه و شکل پرتو لیزر بازجویی بستگی دارد. از سال 2006 مشخص شده بود که در تئوری، حالت‌های Laguerre-Gauss درجه بالاتر می‌توانند نویز حرارتی را کاهش دهند. تحقیقات پل فولدا، حالت‌های لاگر-گاوس را گامی بزرگ به جلو می‌آورد. کارهای او شامل کارهای تحلیلی، عددی و تجربی بر روی تنظیمات روی میز و همچنین آزمایش‌هایی در تداخل سنج اولیه 10 متری گلاسکو است. با استفاده از شبیه سازی های عددی، حالت LG33 به عنوان حالت نوری برای آزمایش انتخاب شد. تحقیقات بیشتر توسط پل و همکارانش از آن زمان بر روی این حالت متمرکز شد. پل روش‌های ساده و مؤثری را برای ایجاد این حالت با اپتیک پراشی توسعه داده و نشان داده است و سازگاری آن را با بلوک‌های اساسی آشکارسازهای امواج گرانشی، یعنی حفره‌های نوری، تداخل‌سنج‌های Michelson و سیستم‌های سنجش و کنترل نوری الکترونیکی نشان داده است. از طریق این کار، حالت‌های لاگر-گاوس برای تداخل‌سنج‌ها از یک موجود اساساً ناشناخته به یک گزینه کاملاً قابل درک با مبنای تجربی تبدیل شده‌اند.

With his Ph.D. thesis, presented here in the format of a "Springer Theses", Paul Fulda won the 2012 GWIC thesis prize awarded by the Gravitational Wave International Committee. The impact of thermal noise on future gravitational wave detectors depends on the size and shape of the interrogating laser beam. It had been known since 2006 that, in theory, higher-order Laguerre-Gauss modes could reduce thermal noise. Paul Fulda’s research brings Laguerre-Gauss modes an enormous step forward. His work includes analytical, numerical and experimental work on table-top setups as well as experiments at the Glasgow 10m prototype interferometer. Using numerical simulations the LG33 mode was selected as the optical mode to be tested. Further research by Paul and his colleagues since then concentrated on this mode. Paul has developed and demonstrated simple and effective methods to create this mode with diffractive optics and successfully demonstrated its compatibility with the essential building blocks of gravitational wave detectors, namely, optical cavities, Michelson interferometers and opto-electronic sensing and control systems. Through this work, Laguerre-Gauss modes for interferometers have been transformed from an essentially unknown entity to a well understood option with an experimental basis.