Osjetljivija zrcala mogla bi pomoći LIGO-u da registrira slabije gravitacijske valove, ali donose neobičnu prepreku: novi kristalni premazi upijaju zelenu lasersku svjetlost kojom se sada priprema rad detektora. Australski istraživači pokazali su laboratorijsko rješenje koje za taj korak koristi infracrveni laser.
Postupak je namijenjen budućim nadogradnjama detektora. U pokusu na optičkom stolu tim je najprije stabilizirao optičku šupljinu pomoćnim laserom, a zatim stabilizaciju uspješno nastavio glavnim mjernim laserom. Nije riječ o sustavu koji je već ugrađen u četiri kilometra duge krakove LIGO-a.
Jian Liu i suradnici sa Sveučilišta Zapadne Australije, Australskog nacionalnog sveučilišta i Sveučilišta u Adelaideu opisali su metodu u časopisu Physical Review D. Cjelovit tekst rada podrobno prikazuje pokus i ograničenja koja još treba riješiti.
Prije mjerenja treba uskladiti zrcala i svjetlost
LIGO registrira iznimno male promjene duljine svojih krakova uspoređujući lasersku svjetlost. U njima zrcala tvore optičke šupljine u kojima se svjetlost više puta odbija. Da bi instrument mogao mjeriti, potrebno je održavati precizno usklađen odnos duljine šupljina i frekvencije lasera.
Priprema za to radno stanje zahtijeva dodatni sustav stabilizacije. Pomoćni laser najprije olakšava kontrolu gibanja zrcala, nakon čega se sustav postupno dovodi u uvjete potrebne glavnom laseru. U tehničkom jeziku taj se postupak naziva zaključavanjem optičke šupljine.
Novi kristalni premazi od aluminijeva galijeva arsenida i galijeva arsenida trebali bi smanjiti toplinski šum zrcala. Međutim, jako upijaju zelenu svjetlost valne duljine 532 nanometra, na kojoj se temelji sadašnji pomoćni sustav. Zbog toga se on ne može jednostavno prenijeti na novu generaciju zrcala.
Dvije različite zrake uspoređuju se preko iste boje
Predloženo rješenje koristi pomoćni laser valne duljine 1.596 nanometara, izvan problematičnog apsorpcijskog područja premaza. Glavni laser zadržava valnu duljinu od 1.064 nanometra.
Njihove se frekvencije moraju povezati dovoljno stabilno da sustav može prijeći s pomoćnog na glavni laser. Za usporedbu istraživači pretvaraju dio svjetlosti obaju lasera u zelenu svjetlost: pomoćnom laseru utrostručuju frekvenciju, a glavnom je udvostručuju. Tako nastaju dvije zrake od 532 nanometra koje se mogu fazno uskladiti.
Zelena svjetlost pritom služi za usporedbu lasera, dok pomoćna zraka koja stabilizira šupljinu ostaje infracrvena. Time se izbjegava upijanje zelene zrake u novim premazima.
Uspješan pokus, uz korake koji još slijede
Tim je prijenos kontrole ponavljao tijekom više dana. Prema priopćenju Sveučilišta Zapadne Australije, trajao je oko minute. U radu je prikazan i cjelovit slijed od oko 100 sekundi, koji uključuje pripremu i razdoblje stabilnog rada nakon prijelaza.
Iz izmjerenog frekvencijskog šuma autori procjenjuju da bi odgovarajući šum duljine u četverokilometarskom kraku bio oko deset pikometara. To je proračun za primjenu na velikom detektoru, a ne izravno mjerenje njegove osjetljivosti na gravitacijske valove.
Prije takve primjene treba poboljšati pretvorbu svjetlosti i prijenos kontrole, koji je u pokusu izveden fizičkim prekidačem. Postupniji prijelaz mogao bi smanjiti kratkotrajne smetnje. Takvi zahvati pripadaju tehničkom razvoju koji omogućuje sve preciznije detekcije gravitacijskih valova, no njihovu učinkovitost u detektoru s krakovima dugim četiri kilometra tek treba potvrditi.
