L'illustration montre la section transversale d'un miroir thermique bimorphe et de ses constituants. Le contrôle de la température du miroir modifie la courbure du front d'onde réfléchi. La contrainte radiale simulée est superposée à la section transversale, montrant une concentration de contrainte à la limite des deux couches, où l'adhésif maintient la structure ensemble. Crédit :Huy Tuong Cao, Université d'Adélaïde
Les chercheurs ont développé un nouveau type de miroir déformable qui pourrait augmenter la sensibilité des détecteurs d'ondes gravitationnelles au sol tels que l'Observatoire d'ondes gravitationnelles avancé par interféromètre laser (LIGO). Le LIGO avancé mesure de faibles ondulations dans l'espace-temps appelées ondes gravitationnelles, qui sont causées par des événements distants tels que des collisions entre des trous noirs ou des étoiles à neutrons.
"En plus d'améliorer les détecteurs d'ondes gravitationnelles d'aujourd'hui, ces nouveaux miroirs seront également utiles pour augmenter la sensibilité des détecteurs de prochaine génération et permettre la détection de nouvelles sources d'ondes gravitationnelles, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Huy Tuong Cao du nœud de l'Université d'Adélaïde du Centre d'excellence australien pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav).
Miroirs déformables, qui sont utilisés pour façonner et contrôler la lumière laser, avoir une surface faite de minuscules miroirs qui peuvent chacun être déplacés, ou actionné, pour changer la forme générale du miroir. Comme détaillé dans le journal de The Optical Society (OSA) Optique appliquée , Cao et ses collègues ont, pour la première fois, fait un miroir déformable basé sur l'effet bimétallique dans lequel un changement de température est utilisé pour obtenir un déplacement mécanique.
"Notre nouveau miroir offre une large plage d'actionnement avec une grande précision, " a déclaré Cao. " La simplicité de la conception signifie qu'il peut transformer des optiques disponibles dans le commerce en un miroir déformable sans aucun équipement compliqué ou coûteux. Cela le rend utile pour tout système où un contrôle précis de la forme du faisceau est crucial."
La nouvelle technologie a été conçue par Cao et Aidan Brooks de LIGO dans le cadre d'un programme de visiteurs entre l'Université d'Adélaïde et le laboratoire LIGO, financé par l'Australian Research Council et la National Science Foundation.
Construire un meilleur miroir
Les détecteurs d'ondes gravitationnelles au sol utilisent la lumière laser se déplaçant dans les deux sens le long des deux bras d'un interféromètre pour surveiller la distance entre les miroirs à l'extrémité de chaque bras. Les ondes gravitationnelles provoquent une variation légère mais détectable de la distance entre les miroirs.
La détection de ce petit changement nécessite une direction et une mise en forme extrêmement précises du faisceau laser, qui est réalisé avec un miroir déformable.
"Nous atteignons un point où la précision nécessaire pour améliorer la sensibilité des détecteurs d'ondes gravitationnelles est au-delà de ce qui peut être accompli avec les techniques de fabrication utilisées pour fabriquer des miroirs déformables, " dit Cao.
La plupart des miroirs déformables utilisent des miroirs minces pour induire une grande quantité d'actionnement, mais ces miroirs minces peuvent produire une diffusion indésirable car ils sont difficiles à polir. Les chercheurs ont conçu un nouveau type de miroir déformable utilisant l'effet bimétallique en attachant un morceau de métal à un miroir en verre. Lorsque les deux sont chauffés ensemble, le métal se dilate plus que le verre, faisant plier le miroir.
La nouvelle conception crée non seulement une grande quantité d'actionnement précis, mais est également compacte et nécessite des modifications minimales aux systèmes existants. Les miroirs en silice fondue et les plaques en aluminium utilisées pour créer le miroir déformable sont disponibles dans le commerce. Pour attacher les deux couches, les chercheurs ont soigneusement sélectionné un adhésif de liaison qui maximiserait l'actionnement.
" Surtout, la nouvelle conception a moins de surfaces optiques pour le faisceau laser à traverser, dit Cao. "Cela réduit la perte de lumière causée par la diffusion ou l'absorption des revêtements."
Caractérisation de précision
La création d'un miroir de haute précision nécessite des techniques de caractérisation de précision. Les chercheurs ont développé et construit un capteur de front d'onde Hartmann hautement sensible pour mesurer comment les déformations du miroir ont modifié la forme de la lumière laser.
"Ce capteur était crucial pour notre expérience et est également utilisé dans les détecteurs gravitationnels pour mesurer les changements infimes dans l'optique centrale de l'interféromètre, " a déclaré Cao. "Nous l'avons utilisé pour caractériser les performances de nos miroirs et avons constaté que les miroirs étaient très stables et ont une réponse très linéaire aux changements de température."
Les tests ont également montré que l'adhésif est le principal facteur limitant pour la plage d'actionnement des miroirs. Les chercheurs travaillent actuellement pour surmonter la limitation causée par l'adhésif et effectueront d'autres tests pour vérifier la compatibilité avant d'intégrer les miroirs dans Advanced LIGO.
