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Galaxies引力波观测特辑——纪念发现双中子星并合引力波四周年 | MDPI 编辑荐读 |
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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/galaxies
2017年8月，激光干涉引力波天文台 (LIGO) 及欧洲引力波探测器 (Virgo) 等多个机构共同宣布他们首次探测到来自双中子星并合事件的引力波信号 (GW 170817) 及其电磁对应体。自此引力波与电磁信号的联合探测开始受到学者的广泛关注，同时也促进了多信使天文学的发展。为了纪念这一标志性的天文大事件，本期我们特向大家推荐与引力波探测相关的文章，包括对激光干涉、量子光学以及最新的引力波探测技术与进展的介绍。希望这些内容能够对各位学者的研究有所裨益。
01
The Squeezed Light Source for the Advanced Virgo Detector in the Observation Run O3
O3观测中Adv VIRGO探测器的压缩光源
Moritz Mehmet and Henning Vahlbruch
https://doi.org/10.3390/galaxies8040079
光学平台上的压缩光源。压缩光源有两个输出端口，分别用于传递压缩光和分接外部锁相环。
2019年4月至2020年3月，Advanced Virgo探测器与两台Advanced LIGO探测器进行了第三次联合科学观测，目的在于进一步探测来自天体物理源的引力波信号。事实上，在光的压缩真空态被提出作为提高干涉引力波探测器灵敏度的手段近40年后，Advanced Virgo探测器和Advanced LIGO探测器在第三次联合观测期间一直以量子增强的灵敏度运行。用于O3的Virgo探测器的升级之一是实施了压缩光技术，以提高探测器灵敏度，使其突破经典量子散粒噪声 (由于量子涨落而形成的噪声) 的限制。在本文中，作者详细描述了所采用的压缩光源的光学设置和性能。压缩器被构造为独立的单机子系统。生成的压缩态光经过调整可以在中等压缩级别表现出较高的纯度从而显著降低干涉仪的散粒噪声水平，同时保持量子辐射压力噪声的相干增强略低于Advanced Virgo探测器中实际剩余的技术噪声。
02
The Hunt for Environmental Noise in Virgo during the Third Observing Run
在第三次观测阶段寻找Advanced Virgo探测器的环境噪音
Irene Fiori et al.
https://doi.org/10.3390/galaxies8040082
VIRGO环境探测器。
目前，来自致密双星并合过程的引力波已被千米级激光干涉仪探测到 (通过测量它们产生的微小时空应变)。尽管干涉仪与外部环境隔离得非常好，但来自周围环境的物理干扰 (例如声音、振动和电磁场) 会产生相同量级的臂长变化，从而降低检测器的灵敏度。换句话说，这些误差主要是由实验基础设施本身产生的振荡或电磁干扰而产生。环境噪声会限制干涉仪的灵敏度或可能产生非天体物理起源的瞬变。2019年4月至2020年3月，LIGO、Virgo和GEO组成的第二代干涉仪网络通过进行第三次联合观测 (O3) 来搜寻来自宇宙深处的引力波信号。在本文中，作者首先回顾了环境噪声的典型来源及其耦合路径，然后描述了调查方法和工具。同时，他们还说明了如何应用这些方法在Virgo干涉仪上寻找并识别环境噪声 (O3运行及其准备阶段)。作者在此工作中特别强调了可能对下一次观测运行和未来一代地面干涉仪有用的搜寻技术。
03
Fine-Tuning the Optical Design of the Advanced Virgo+ Gravitational-Wave Detector Using Binary-Neutron Star Signals
使用双中子星信号微调Virgo+引力波探测器的光学设计
Jonathon Baird and Matteo Barsuglia
https://doi.org/10.3390/galaxies8040086
AdV+ 目标光学布局。
Advanced Virgo引力波探测器是Virgo引力波探测器的升级版，是一种能量回收的迈克尔逊干涉仪。相比于一代Virgo探测器来说，AdvVirgo引力波探测器在进行新一代升级后，探测器的信噪比将有所提升。即整体降低噪声且探测灵敏度也会显著提升，并且有望在未来几年中将双中子星 (BNS) 范围的灵敏度提高3–5倍。在这项工作中，作者使用由advGWINC软件实现的随机游走算法，为项目的新一阶段 (O5观测) 提出了镜面透射率的优化。除双中子星范围之外，并合后的天体还被用作品质因数来确定微调灵敏度曲线的配置，并且作为臂-腔往返损耗的函数。
04
A Broadband Signal Recycling Scheme for Approaching the Quantum Limit from Optical LossesA Broadband Signal Recycling Scheme for Approaching the Quantum Limit from Optical Losses
光损耗接近量子极限的宽带信号回收方案
Teng Zhang, Joe Bentley and Haixing Miao
https://doi.org/10.3390/galaxies9010003
左：采用BSR方案和输入/输出滤波器腔的引力波探测器；右：宽带信号回收方案的简化示意图。
地面激光干涉引力波探测器的工作频率从几赫兹到几十赫兹不等。而量子噪声是最重要的噪声之一，它限制了整个频带上的探测器灵敏度。光损耗在实际探测器的应用中是不可避免的，损耗可能有各种来源，例如光的吸收、光的散射、模式失配以及提取用于传感和控制的误差信号所必需的开放端口等。鉴于最先进的光学器件，光学损耗决定了最可能的量子限制探测器灵敏度的下限。在这项工作中，作者提出了一种宽带信号回收方案，该方案通过使用有源光机滤波器将信号回收腔转换为宽带信号放大器，这为接近量子限制探测器灵敏度的下限提供了可能的解决方案。耦合腔和白光腔的想法是启发式的，这项工作中提出的方案在宽频带内实现了耦合信号回收腔 (SRC) 和臂腔的谐振，并命名为宽带信号回收 (BSR)方案
05
Quantum Noise in a Fabry-Perot Interferometer Including the Influence of Diffraction Loss of Light
法布里-珀罗干涉仪中的量子噪声，包括光的衍射损耗的影响
Shoki Iwaguchi et al.
https://doi.org/10.3390/galaxies9010009
波长为λ的光在FP腔输入镜周围的传播示意图。
DECI赫兹干涉引力波天文台 (DECIGO) 的主要探测频率范围在0.1到10 Hz之间。在这个频段内最重要的科学目标之一是探测原初引力波。DECIGO计划使用带有光学腔的空间干涉仪来提高其灵敏度。为了评估其灵敏度，必须充分考虑激光的衍射。光的衍射损耗有两种：一是镜外泄漏损耗，二是高阶模损耗。而这些损耗与影响在法布里-珀罗 (FP) 腔内部和外部的处理方式不同。作者在FP腔具有相对较高的精细度并且在高阶不共振的条件下对这两种情况做出估计。在此工作中作者发现这些影响可以表示为光学腔在关于量子噪声方面的有效精密度的降低。该结果对于优化DECIGO的光学设计十分有帮助。同时这种方法也适用于任何具有相对较小的光束剪切和精度足够高的法布里-珀罗腔。
引力波探测研究主题相关特刊推荐：
Research and Development for Gravitational Wave Detector
引力波探测器的研究与发展
Guest Editors: Maddalena Mantovani, Julia Casanueva Diaz and Elisabetta Cesarini
Submission Deadline: 30 June 2022
https://www.mdpi.com/journal/galaxies/special_issues/ResearchGravitational
Galaxies期刊介绍
主编：Prof. Dr. Emilio Elizalde
Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC), Institut dEstudis Espacials de Catalunya (IEEC/CSIC), Campus UAB, Carrer de Can Magrans s/n, 08193 Bellaterra, Spain
致力于发表天文学、天体物理学、宇宙学等相关学科领域的研究论文，现已被ADS、Scopus、ESCI等数据库收录。
2020 CiteScore：2.8
Median Publication Time：45
Average Publication Time：56.33
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