Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de espejo deformable que podría aumentar la sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales terrestres, como el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser avanzado (LIGO). Advanced LIGO mide ondas débiles en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales, que son causados ​​por eventos distantes como colisiones entre agujeros negros o estrellas de neutrones.

"Además de mejorar los detectores de ondas gravitacionales actuales, Estos nuevos espejos también serán útiles para aumentar la sensibilidad en los detectores de próxima generación y permitirán la detección de nuevas fuentes de ondas gravitacionales. ", dijo el líder del equipo de investigación Huy Tuong Cao del nodo de la Universidad de Adelaida del Centro Australiano de Excelencia para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav).

Espejos deformables, que se utilizan para dar forma y controlar la luz láser, tener una superficie hecha de pequeños espejos que se puedan mover, o accionado, para cambiar la forma general del espejo. Como se detalla en la revista The Optical Society (OSA) Óptica aplicada , Cao y sus colegas tienen, por primera vez, Realizó un espejo deformable basado en el efecto bimetálico en el que se utiliza un cambio de temperatura para lograr el desplazamiento mecánico.

"Nuestro nuevo espejo ofrece un amplio rango de actuación con gran precisión, ", dijo Cao." La simplicidad del diseño significa que puede convertir la óptica disponible comercialmente en un espejo deformable sin ningún equipo complicado o costoso. Esto lo hace útil para cualquier sistema donde el control preciso de la forma del haz es crucial ".

La nueva tecnología fue concebida por Cao y Aidan Brooks de LIGO como parte de un programa de visitantes entre la Universidad de Adelaide y el Laboratorio LIGO. financiado por el Australian Research Council y la National Science Foundation.

Construyendo un mejor espejo

Los detectores de ondas gravitacionales basados ​​en tierra utilizan luz láser que viaja hacia adelante y hacia atrás por los dos brazos de un interferómetro para monitorear la distancia entre los espejos en el extremo de cada brazo. Las ondas gravitacionales provocan una variación leve pero detectable en la distancia entre los espejos.

La detección de este pequeño cambio requiere una dirección y un modelado del rayo láser extremadamente precisos, lo cual se logra con un espejo deformable.

"Estamos llegando a un punto en el que la precisión necesaria para mejorar la sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales está más allá de lo que se puede lograr con las técnicas de fabricación utilizadas para hacer espejos deformables". "dijo Cao.

La mayoría de los espejos deformables utilizan espejos delgados para inducir una gran cantidad de actuación, pero estos espejos delgados pueden producir una dispersión indeseable porque son difíciles de pulir. Los investigadores diseñaron un nuevo tipo de espejo deformable utilizando el efecto bimetálico al unir una pieza de metal a un espejo de vidrio. Cuando los dos se calientan juntos, el metal se expande más que el vidrio, haciendo que el espejo se doble.

El nuevo diseño no solo crea una gran cantidad de actuación precisa, sino que también es compacto y requiere modificaciones mínimas en los sistemas existentes. Tanto los espejos de sílice fundida como las placas de aluminio que se utilizan para crear el espejo deformable están disponibles comercialmente. Para unir las dos capas, los investigadores seleccionaron cuidadosamente un adhesivo de unión que maximizaría la actuación.

"En tono rimbombante, el nuevo diseño tiene menos superficies ópticas para que el rayo láser pueda viajar, dijo Cao. "Esto reduce la pérdida de luz causada por la dispersión o absorción de los recubrimientos".

Caracterización de precisión

La creación de un espejo de alta precisión requiere técnicas de caracterización de precisión. Los investigadores desarrollaron y construyeron un sensor de frente de onda Hartmann altamente sensible para medir cómo las deformaciones del espejo cambiaban la forma de la luz láser.

"Este sensor fue crucial para nuestro experimento y también se utiliza en detectores gravitacionales para medir cambios mínimos en la óptica central del interferómetro, ", dijo Cao." Lo usamos para caracterizar el desempeño de nuestros espejos y descubrimos que los espejos eran muy estables y tienen una respuesta muy lineal a los cambios de temperatura ".

Las pruebas también mostraron que el adhesivo es el principal factor limitante para el rango de actuación de los espejos. Los investigadores están trabajando actualmente para superar la limitación causada por el adhesivo y realizarán más pruebas para verificar la compatibilidad antes de incorporar los espejos en Advanced LIGO.