Некоторые оптико-механические взаимодействия в высокодобротных оптических резонаторах, и их применение в физических измерениях

• Автор: Самойленко, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 82 с. : ил.

Оглавление

Введение и задачи диссертационного исследования.

1 Примеры оптико-механических взаимодействий в физических экспериментах и их использование для измерений (Обзор литературы).
1.1 Внесение дополнительной жесткости и дополнительного трения в механические осцилляторы с помощью оптического излучения

1.1.1 Динамика систем с оптической жесткостью

1.1.2 Возможное использование оптической жесткости в

макроскопических квантовых измерениях

1.2 Термоэластические шумы возникающие в многослойных отражающих покрытиях

1.2.1 Механические напряжения в слоистых композитных

материалах
1.3 Избыточные шумы в нитях подвеса гравитационноволновых антенн и кварцевые микрорезонаторы, как инструмент для их регистрации
1.3.1 Наблюдение механических шумов в нагруженных
нитях
1.3.2 Микроструктура плавленого кварца
1.3.3 Оптические диэлектрические микрорезонаторы с
модами типа шепчущей галереи

2 Механическая жесткость, созданная оптическим излучением.
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Оценка влияния радиометрического эффекта на величину
вносимой жесткости
2.3 Антисейсмическая платформа
2.4 Результаты измерений
3 Исследование термоупругих свойств 100 /лп пластинок из плавленного кварца с многослойным отражающим покрытием.
3.1 Постановка задачи
3.2 Экспериментальная установка
3.3 Измерения
4 Измерение малых флуктуаций натяжения кварцевых нитей.
4.1 ОДМР как чувствительный элемент для измерения натяжения
4.2 Система управления частотой лазера
4.3 Технология изготовления ОДМР на нитях
4.4 Настройка измерительной установки
4.5 Измерения
Основные результаты диссертационного исследования (Защищаемые положения).
Цитируемая литература.

Введение и задачи диссертационного исследования
Выдающиеся достижения в современной спектроскопии а также во многих других областях экспериментальной физики, в которых используются лазеры и пробные оптические резонаторы, оказались возможными в первую очередь благодаря достижению очень малой величины нестабильности частоты лазера Аи/и и совершенствованию технологии нанесения многослойных диэлектрических покрытий (величина (1 — R) у зеркал с такими покрытиями достигает 1СГ6, здесь R — коэффициент отражения). Следствием этих достижений явилось новое направление исследований, цель которого состоит в детальном анализе статического, динамического и флуктуационного воздействия оптического излучения на механические элементы экспериментальной установки (включая и лазер, и пробный резонатор), а так же обратное воздействие механических колебаний, включая флуктуационные, на параметры оптического излучения (и, в первую очередь, на частоту лазера и пробного резонатора). Это направление удобно коротко называть “оптико-механические взаимодействия” , которое использовано в названии диссертации.
Мощным стимулом для исследований в данном направлении, и, в частности, для данной работы, послужила разработка интерферометриче-ских гравитационно-волновых антенн, создаваемых в настоящее время в ряде стран: LIGO (Laser Interferometer Gravitation-Wave Observatory) в США, VIRGO — Франция-Италия, GEO — Англия-Германия, AIGA — Австралия, TAMA — Япония.

подобных экспериментов. Частота собственных механических колебаний была выбрана / « 100 Hz, поскольку, с одной стороны, желательно было иметь возможно меньшую собственную жесткость, а, с другой стороны, не работать в области частот менее ~ 50 Hz, где быстро (примерно как ~ I//2) растет спектральная плотность сейсмических вибраций, а антисейсмические фильтры становятся неприемлемо громоздкими.
В качестве источника оптической накачки был использован Nd-YAG лазер непрерывного излучения. Имевшаяся в распоряжении модель (LIGHTWAVE electronics 126-1064-100) обладает достаточно большой мощностью (до 100 мВт), и очень низкими собственными частотными и амплитудными шумами.
2.1 Экспериментальная установка
Схема экспериментальной установки для получения и изучения оптической жесткости изображена на рис. 2.1, 2.2. Резонатор Фабри-Перо был полностью сделан из плавленого кварца и состоял из двух зеркал (рис.. 2.3). Первое — жестко закрепленное, сферическое, вогнутое зеркало с многослойным диэлектрическим покрытием, коэффициент пропускания которого 1 — R ~ 0.03. Этому значению R соответствует резкость резонатора F — — 100. Радиус кривизны этого зеркала Rq = 3 cm, что
соответствует фокусному расстоянию 1.5 ст. Второе, подвижное, плоское зеркало с таким же покрытием, было расположено на расстоянии d — 2 cm от первого. Длина волны излучения лазера накачки была равна А = 1.064 /ті. Основная мода данного резонатора Фабри-Перо представляла собой гауссов пучок с перетяжкой, расположенной у поверхности подвижного зеркала. Радиус перетяжки был равен [51]