Тепловые и избыточные механические шумы в экспериментах с пробными телами

• Автор: Биленко, Игорь Антонович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Механические шумы в экспериментах с пробными телами

( краткий обзор последних достижений и анализ существующих проблем)

1.1 Физические механизмы возникновения механических шумов

1.1.1 Броуновский шум и добротность собственных

мод колебаний

1.1.2 Равновесные термодинамические флуктуации

1.1.3 Акустическая эмиссия и избыточные шумы

1.2 Ограничения чувствительности прецизионных измерений,

связанные с механическими шумами

1.2.1 Детектирование гравитационных волн
1.2.2 Некоторые другие эксперименты и измерения
1.3 Использование кварцевого стекла для изготовления пробных тел и
их подвесов
1.3.1 Строение кварцевого стекла
1.3.2 Строение и свойства поверхности кварцевых стекол
1.4 Дефекты в многослойных покрытиях
Выводы
2 Исследование избыточного шума в струнных модах колебаний вольфрамовых проволок
2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Результаты измерений
Выводы

3 Исследование избыточного шума в струнных модах колебаний
стальных проволок
3.1 Описание экспериментальной установки
3.2 Результаты измерений
Выводы
4 Эффективная шумовая температура струнных мод
кварцевых нитей
4.1 Описание экспериментальной установки
4.2 Результаты измерений
Выводы
5 Измерение малых флуктуаций натяжения кварцевых нитей
с помощью оптического микрорезонатора
5.1 Оптический микрорезонатор как чувствительный элемент
для измерения натяжения
5.2 Система управления частотой лазера
5.3 Технология изготовления микрорезонаторов на нитях
5.4 Измерение натяжений с помощью перестраемого микрорезонатора
5.5 Измерение флуктуаций натяжения кварцевых нитей
Выводы
6 Высокодобротные микроосцилляторы из плавленого кварца
6.1 Методы изготовления тонких кварцевых нитей
6.2 Особенности проведения эксперимента
6.3 Маятниковые моды
6.3.1 Экспериментальная установка
6.3.2 Результаты эксперимента
6.4 Струнные моды
6.4.1 Экспериментальная установка
6.4.2 Результаты эксперимента
6.5 Исследование зависимости добротности крутильных мод
от диаметра кварцевых нитей
6.5.1 Экспериментальная установка
6.5.2 Результаты эксперимента

6.6 Зависимость добротности крутильных мод от условий проведения
эксперимента
Выводы
7 Исследование шумов в высокодобротных модах колебаний кварцевых подвесов
7.1 Расчет требуемых параметров эксперимента
7.1.1 Оценки интенсивности негауссовых избыточных шумов критичных для LIGO-II
7.1.2 Дополнительные требования к установке
7.2 Метод изготовления образцов
7.3 Интерферометрический метод измерения
амплитуды малых колебаний нити
7.4 Вибрационная изоляция
7.5 Вакуумная система
7.6 Процедура измерений
7.7 Выбор оптимального времени усреднения
7.8 Предварительная обработка результатов
7.9 Результаты измерений
7.10 Экстраполяция полученных результатов к параметрам LIGO-II
Выводы
8 Диагностика многослойных отражающих покрытий
8.1 Описание экспериментальной установки
для тестирования отражающих покрытий
8.2 Результаты экспериментов по тестированию отражающих покрытий
Выводы
Основные полученные результаты
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы
Заключение
плотность флуктуаций составила примерно 10-14Н м/л/Гц на частоте 1 мГц, что примерно в два раза превышает тепловые шумы. Вдобавок к равновесным тепловым шумам в данном эксперименте будут сказываться флуктуации ускорения пробных масс, вызываемые неоднородным радиационным давлением, возникающим из-за неоднородного нагрева оболочки спутников. Оценки, сделанные в [93], показывают, что температура поверхностей, обращенных к пробной массе не должна изменяться больше, чем на 5 10-7 К за время в 104 с.
1.3 Использование кварцевого стекла для изготовления пробных тел и их подвесов.
Применение плавленого кварца высокой очистки для изготовления пробных тел и их подвесов позволяет не только существенно снизить уровень тепловых шумов за счет малых механических потерь [8], но и, как показали проведенные в рамках данной работы эксперименты, уменьшить вероятность возникновения в системе избыточных механических шумов. Существуют материалы, которые могут дать лучший результат (имеется ввиду меньший уровень суммы тепловых, термоупругих и избыточных шумов при использовании этих материалов в качестве пробных масс и/или их подвесов) при криогенных температурах, такие, как сверхпроводящий ниобий [94], монокристаллический лейкосапфир [95] или С'аТ'г [96], однако при комнатной температуре альтернатив плавленому кварцу в настоящее время, по-видимому, не найдено.
1.3.1 Строение кварцевого стекла
Рассмотрим структуру кварцевого стекла [97]. Стекло определяется как аморфное твердое тело, т.е. как материал, не имеющий упорядоченности в большом масштабе, но, возможно, обладающий упорядоченностью в малом (локальном). Иногда вводится дополнительное ограничение: стекло должно иметь вязкость выше 1014 Па-с. Стекла могут быть органические и неорганические. К неорганическим стеклам относятся как одно- и двухкомпонентные системы, так и многокомпонентные системы различного состава. Плавленый кварц (кварцевое стекло) 5'г02 представляет собой сетчатое полимерное неорганическое стекло. Обычно полимеры образованы линейными или разветвленными, состоящими из цепочек повторяющихся