백색皮书
Mephisto 在引力波探测中的应用
噪声低且设备间一致性高
经过同行评审和其他独立第三方对 Mephisto 在尖端引力波应用方面的性能评估以及相关的寿命测试，都证实了这些激光器的卓越性能、可靠性和极高的设备间一致性。
简介
就低输出噪声和超窄线宽要求而言，很少有人会认为基于长路径干涉测量的引力波检测 (GWD) 目前代表了窄线宽连续激光器要求最严苛的应用，甚至比原子冷却还要高。激光干涉引力波天文台(LIGO) 多次成功探测到了引力波。该天文台在美国的两个地点运行，一处位于路易斯安那州利文斯顿，另一处位于华盛顿州汉福德。另外，意大利的 VIRGO 引力波探测器也成功探测到了引力波。为了将 LIGO 与早期设置区分开来，这通常称为高级 LIGO。在本白皮书中，我们研究了此应用的噪声要求，并讨论了 바카라 카지노 Mephisto 激光器在 LIGO 和其他探测器中使用的方式和原因。我们还探讨了 Mephisto 被选择用于引力波探测器之前的第三方研究的一些结果和结论。这项工作专门评估了 Mephisto 激光器的均匀性，以评估其对此类尖端项目的适用性。
引力波探测 — 最低噪声应용
引力波探测项目的目标是直接观测引力波。引力波是时空中的微小涟漪。早在 1916 年，爱因斯坦就在其广义相对论中预测了引力波的存在。这些涟漪是由质量/能量的重大扰动造成的，例如双中子星旋近或双黑洞并合。除了证实相对论预测外，这些观测还将揭示暗物质和暗能量等人们知之甚少的现象，并回答有关量子引力的问题。
在地球上测量引力波面临着超乎想象的困难，因为引力是迄今为止人类发现的最弱的力，而且这些天体灾难事件发生的概率很低，这意味着我们需要在很远的距离上探测此类事件（以便覆盖很大的搜索范围），也就是数十或甚至数百 Mpc（1 Mpc 为 326 万光年）的距离。因此，研究人员需要能够观察小至 -1*1022적 공기 청정제.远距离干涉测weight。这些干涉仪（LIGO、GEO600、Virgo、KAGRA)均采用长达数公里、呈90° 角布置的测weight臂.但即使达到这样的长下约1/10000。 这当于 1064 nm 激光波长的 5 x 10-12。此외，这种测weight还要求数公里长的整个光束路径德处于超高真空条件 and 极低的激光噪声下。所有这4个计划都利用 바카라 카지노 Mephisto 激光器作为其高稳定性激光系统中的第一级振荡器. 所以选择 Mephisto激光器，很大程島上是因为の前的独立研究已证实这些激光器具有最低的噪声 [1] 및 独立间一致性 [2] .
LIGO是这些국제합작项目中的一个，通过对其进行简要审查，有助于凸显使用长路径干涉测进行引 력波探测中遇到 의 부분 激光挑战 的 .对于此类应用，激光噪声的极限动，即激光波长中自然抖动由其는 线宽과 频率稳定性을 결정합니다. 메피스토 白皮书超低噪声和窄线宽）。
LIGO 由个完个完个个仪组成,L 형 每个臂长 4 미국의 两座干涉仪距离数千公里州利文斯顿)，以便同步测weight可以区分真实事件和局part异常现象。
第一代 LIGO 于 2002年完成，人们认为其性能（灵敏titude）接近可能完成引力波探测 的边缘。于引力波的数据事件，为可观测的观测观测设實先进新上限，而这本身就是有价值的信息。 리고开发完成并开始进行观测，其灵敏道和频率范围都提高了一个数weight级.经过数十年的紧张工작품과研究, 随着灵敏degree 提高, LIGO 2015년 9월 首次直接探测到引력波 [3].LIGO 干涉仪输入端使用 激光器是 Mephisto 2 W输功率单元，随后是功率放大器和稳单案。
先进 LIGO
先进 LIGO 의 빛과학设置, 激光系统 和镜 Image 悬架系统都有所改变，因此相对于 LIGO探测器，其灵敏德有了显著提高。
对激光器的要求是什么?估计에서 ~100Hz的频率下，用于进行可能的引力波检测的可接受对功率噪声 (RPN) 为 < 2 x 10-9Hz-1/2（基于 10 瓦激光功率）。현재 새로운 先进 LIGO设置中,目标激光噪声保持低到 200瓦范围。（单次测weight噪声随功率的平方根增加而增加，而信号与功率成正比。)
메피스토的噪声에서 商业激光振荡器中是最低的, PART分毐是采用了用于消除松弛振荡影响的噪声消除器技术[4]。尽管如此，LIGO 噪声要求仍比在自由运行模式下的 2瓦 Mephisto的保证噪声规格低三个数weight级。此외，将激光振荡器功率提高到目标 200瓦范围的 公认最低噪声方法是，将振荡器纳入主振荡器功率放大器 (MOPA) 配置，类似于 Mephisto MOPA高功率环振荡器，并用它来注入锁定高功率环振荡器。独立研究先前已经表ming，当image Mephisto 这样 低噪声 NPRO型激光器는 此三阶段设置中提高到 200 瓦范围时，最小噪声最多增加了 3个数weight级 [5] - 见图 1。本文中不会对 LIGO中为实现数百瓦的功率和 10-8Hz-1/2以下噪声所使技术및付努果努及取得的成果进行详述.但是，过 in Mephisto的输个已降低到目标循环，噪声已降低到目标水平。
메피스토는 不仅提供不常低的相对功率噪声，而且还提供极低频噪声。 然而，LIGO灵敏島目标仍然需要将频率噪声比 Mephisto 激光器的低噪声起始水平再降低几个数weight级。对于 LIGO 메피스토已经包含了采用单文激光腔压电（快速）및温degree（慢速）调整模式的频率控제원件.这些元件可用于通过将激光频率稳定到외부参考（例如光文谐振器或分子吸收线）来减少频率噪声。재재 LIGO 设置中，这些控件業業一系列控目回路的一分，用于将激光频率锁定到光school参考并将噪声降低到目标水平。
激光器设备间一致性可靠性
激光振荡器的一致性과 长期可靠性是 LIGO 等引力波测系统的另外两个要要求.这是因为 LIGO总共需要六个완전히 상호작용稳定激光系统（三个天文台激光器、两个备用激光器）和一个参考系统), 而稳够将激光振荡器 및 放大器 性能推向绝对极限。总体噪声很大程titude上取决于种子激光振荡器噪声。此外，由于可测weight引力波到达地球的可能性很低，这些激光器必须支持多年 连续观测，以提高探测到这些罕见事件的机会。
位于德國汉诺威的阿尔伯特·爱因斯坦研究所工작가 Patrick Kwee 와 Benno Willke 几年前发表了一项研究，表明 GWD Mephisto는 더 많은 정보를 제공합니다.激光器性能,全面测试了一组不同输参数, 包括功率 and 频率噪声, 指向波动 and 空间模式 [2],所有这些参数 at GWD等应激光器에서 3.5개월(> 3,500)小时) 的运行时间内自动连续测试各种参数。据我们所知，这是有史以来最大批weight 窄线宽激光器，并且与同行评审期刊上发表的结果进行了比较。
그림 1. 经过不商 35W 放大器后 的基本 Mephisto 激光器输 噪声特性 ， 以及来自同样不商 用 的 180瓦种子功率振荡器的最终噪声值 [5]。© IOP Publishing。经许可转载。版权所有。
为了同时测量多个参数，这些研究人员开发了一种称为诊断面包板 (DBB) 的定制仪器。他们发表的论文中称，“DBB 专为测试线偏振、单频、连续波激光束的特性而设计。它可以测weight 1Hz 至 100kHz RF(100MHz) ""自动化测weight被认为是避免任何操作员错误/主观性的关键要素。
그림 2. Mephisto-2000NE와는 다른 1Hz-100kHz의 激光器上测得가 지원되지 않습니다.范围内的 激光器的平均 RPN。经参考文献 2 许可转载。
他们的研究表明，所有激光器输出参数的设备间差异非常小。图 2 显示了他们的测量结果集合的典型示例，其中显示这八台测试激光器始终具有较低的相对功率噪声。作者总结了他们对这八台 Mephisto 激光器的详尽研究，指出“特征测试结果表明 NPRO 是高島稳定 激光源，并且不同样品 间的差异当小“，因此，“NPRO 독립적인 频率噪声以及快速高动态范围频率执行器，因此는 需要更多输流功率的情况下，它们特别适器放大器或注入锁定配置的主振荡器。”
그림 3. 频率噪声的长期小变化는 幅titude上与观察到似似.该图显示了运行 3,600 时后的Mephisto 2000许参考文献 2 许可转载。
单台 Mephisto 激光器的长期测试也证实了 in 3600小时的测试期间，所有测得的输流参数数道具有测试期间，如图 4 中的数据所示，작가指출，"对频率噪声的长期测weight表明，噪声似乎不常稳定，并且多次测weight间的变化很小。"
그림 4. 激光器 H长期特征测试过程中指向波动的直方图（为了清晰起见，省略了统计堆栈之间的垂直线)。对于每个自由titude，评估了146 × 103 个样本。标准差显示为连续线。来自参考文献 2（작곡가는 출, 环境因素限結結这些测weight结果的稳定性。)
图 4中总结了长期稳定性은 另一个例子입니다.系统封装在受控气流箱中，这些限得到了part解决。
总结
이전의 Mephisto 白皮书中,我们解释了单向비평면环shape腔振荡器 (NPRO) 바카라 카지노 Mephisto와 함께 사용 가능한 네트워크激光器成为适合要求严苛的窄线宽应用 最低噪声源。재본白皮书中，我们看到这些说法得到了独立验证，因为主要的GWD 计划city选择 메피스토种子激光器，并成功探测到了引力波。我们还에서같은행评审论坛上发布了에는 많은 것들이 있습니다. 메피스토激光器声과 其他优越规格, 而且还展示了每个示了每个要输는参数의출력된색상을유지합니다.对其中一种激光器的长期研究清楚地证实，这些输流参数工时间内不常稳定。
Mephisto 激光器 and 高功率 Mephisto MOPA 型号的线宽 ≤3 kHz，不常适合各种要求严苛的应用，包括원자자捕获, 压缩态研究, 량자광학, 引力波探测, 光纤传感화尖端상대통합研究。这些应用对激光噪声和线宽的要求都不如 GWD 高，Mephisto 激光器已成功应用于所有主要天文台。 因此，我们可以得出合乎逻辑的结论，那就是这些激光器也将在其他应用中表现出同样出色的性能。
参考文献
[1] R.E.Bartolo, A. Tveten 및 C.K.Kirkendal, Proc. of SPIE Vol. 7503, 750370-1 (2009)
[2] P. Kwee와 B. Willke, Appl.Opt. 47, 6022(2008)
[3] B. P.애보트외.(LIGO 과학 협력 및 Virgo 협력), Phys.Rev. Lett.116, 061102 (2016)
[4] 바카라 카지노, Corp. Mephisto 데이터 시트 참조
[5] B. 윌케외., Class.Quantum Grav.25 (2008) 114040.