Name: De Generatie van het Hoger-orde Laguerre-Gauss Optische Balken voor hoge-precisie interferometrie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 14 s
Description: Leer hogere-orde Laguerre-Gauss optische bundels genereren voor hoogprecisie-interferometrie. Deze methode gebruikt ruimtelijke lichtmodulatoren en faseplaten om bundelzuiverheid te verhogen voor gravitatiegolfdetectie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gefinancierd door de Science and Technology Facilities Council (STFC).

<ol><li>Cohadon, P. F., Heidmann, A., Pinard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cooling+of+a+Mirror+by+Radiation+Pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Cooling of a Mirror by Radiation Pressure.</a> Physical Review Letters. 83, 3174-3177 (1999).</li>
<li>Corbitt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+All-Optical+Trap+for+a+Gram-Scale+Mirror%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">An All-Optical Trap for a Gram-Scale Mirror.</a> Physical Review Letters. 98, 150802(2007).</li>
<li>Müller-Ebhardt, H., Rehbein, H., Schnabel, R., Danzmann, K., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entanglement+of+Macroscopic+Test+Masses+and+the+Standard+Quantum+Limit+in+Laser+Interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Entanglement of Macroscopic Test Masses and the Standard Quantum Limit in Laser Interferometry.</a> Physical Review Letters. 100, 013601(2008).</li>
<li>Kimble, H. J., Levin, Y., Matsko, A. B., Thorne, K. S., Vyatchanin, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+conventional+gravitational-wave+interferometers+into+quantum+nondemolition+interferometers+by+modifying+their+input+and+output+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Conversion of conventional gravitational-wave interferometers into quantum nondemolition interferometers by modifying their input and output optics.</a> Physical Review D. 65, 022002(2001).</li>
<li>Numata, K., Kemery, A., Camp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal-Noise+Limit+in+the+Frequency+Stabilization+of+Lasers+with+Rigid+Cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Thermal-Noise Limit in the Frequency Stabilization of Lasers with Rigid Cavities.</a> Physical Review Letters. 93, 250602(2004).</li>
<li>Aufmuth,, Danzmann, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravitational+wave+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Gravitational wave detectors.</a> New Journal of Physics. 7, 202(2005).</li>
<li>Harry, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+noise+in+interferometric+gravitational+wave+detectors+due+to+dielectric+optical+coatings%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Thermal noise in interferometric gravitational wave detectors due to dielectric optical coatings.</a> Classical and Quantum Gravity. 19, 897-917 (2002).</li>
<li>Crooks, D. R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excess+mechanical+loss+associated+with+dielectric+mirror+coatings+on+test+masses+in+interferometric+gravitational+wave+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Excess mechanical loss associated with dielectric mirror coatings on test masses in interferometric gravitational wave detectors.</a> Classical and Quantum Gravity. 19, 883-896 (2002).</li>
<li>Yu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Internal+thermal+noise+in+the+LIGO+test+masses%3A+A+direct+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Internal thermal noise in the LIGO test masses: A direct approach.</a> Physical Review D. 57, 659-663 (1998).</li>
<li>Harry, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((the+LIGO+Collaboration.+Advanced+LIGO%3A+the+next+generation+of+gravitational+wave+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">the LIGO Collaboration. Advanced LIGO: the next generation of gravitational wave detectors.</a> Classical and Quantum Gravity. 27, 084006(2010).</li>
<li>Accadia, T., Acernese, F., Antonucci, F., Astone, P., Ballardin, G., Barone, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Status+of+the+VIRGO+project%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Status of the VIRGO project.</a> Classical and Quantum Gravity. 28, 114002(2011).</li>
<li>Sathyaprakash, B., Abernathy, M., Acernese, F., Ajith, P., Allen, B., Amaro-Seoane, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scientific+objectives+of+Einstein+Telescope%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Scientific objectives of Einstein Telescope.</a> Classical and Quantum Gravity. 29 (12), 124013(2012).</li>
<li>Bondarescu, M., Thorne, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+family+of+light+beams+and+mirror+shapes+for+future+LIGO+interferometers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">New family of light beams and mirror shapes for future LIGO interferometers.</a> Physical Review D. 74, 082003(2006).</li>
<li>Bondarescu, M., Kogan, O., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+light+beams+and+mirror+shapes+for+future+LIGO+interferometers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Optimal light beams and mirror shapes for future LIGO interferometers.</a> Physical Review D. 78, 082002(2008).</li>
<li>Tournefier Mours, E., Vinet, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+noise+reduction+in+interferometric+gravitational+wave+antennas%3A+using+high+order+TEM+modes%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Thermal noise reduction in interferometric gravitational wave antennas: using high order TEM modes.</a> Classical and Quantum Gravity. 23, 5777(2006).</li>
<li>Chelkowski, S., Hild, S., Freise, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospects+of+higher-order+Laguerre-Gauss+modes+in+future+gravitational+wave+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Prospects of higher-order Laguerre-Gauss modes in future gravitational wave detectors.</a> Physical Review D. 79, 122002(2009).</li>
<li>Vinet, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reducing+thermal+effects+in+mirrors+of+advanced+gravitational+wave+interferometric+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Classical+and+Quantum+Gravity%22%5BJournal%5D)">Reducing thermal effects in mirrors of advanced gravitational wave interferometric detectors.</a> Classical and Quantum Gravity. 24, 3897(2007).</li>
<li>Fulda, P., Kokeyama, K., Chelkowski, S., Freise, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+higher-order+Laguerre-Gauss+mode+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of higher-order Laguerre-Gauss mode interferometry.</a> Physical Review D. 82, 012002(2010).</li>
<li>Bond, C., Fulda, P., Carbone, L., Kokeyama, K., Freise, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Higher+order+Laguerre-Gauss+mode+degeneracy+in+realistic%2C+high+finesse+cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+D%22%5BJournal%5D)">Higher order Laguerre-Gauss mode degeneracy in realistic, high finesse cavities.</a> Physical Review D. 84, 102002(2011).</li>
<li>Sorazu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+test+of+higher-order+Laguerre-Gauss+modes+in+the+10+m+Glasgow+prototype+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Class.+Quantum+Grav%22%5BJournal%5D)">Experimental test of higher-order Laguerre-Gauss modes in the 10 m Glasgow prototype interferometer.</a> Class. Quantum Grav. 30, 035004(2013).</li>
<li>Carbone, L., Bogan, C., Fulda, P., Freise, A., Willke, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+High-Purity+Higher-Order+Laguerre-Gauss+Beams+at+High+Laser+Power%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Generation of High-Purity Higher-Order Laguerre-Gauss Beams at High Laser Power.</a> Physical Review Letters. 110, 251101(2013).</li>
<li>Fulda, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phaseplate+design+for+Laguerre-Gauss+mode+conversion%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Phaseplate design for Laguerre-Gauss mode conversion.</a> , In Preparation (2013).</li>
<li>Willke, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilized+lasers+for+advanced+gravitational+wave+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Rev%22%5BJournal%5D)">Stabilized lasers for advanced gravitational wave detectors.</a> Laser & Photonics Rev. , 1-15 (2010).</li>
<li>Granata, M., Buy, C., Ward, R., Barsuglia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Higher-Order+Laguerre-Gauss+Mode+Generation+and+Interferometry+for+Gravitational+Wave+Detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Higher-Order Laguerre-Gauss Mode Generation and Interferometry for Gravitational Wave Detectors.</a> Physical Review Letters. 105, 231102(2010).</li>
<li>Matsumoto, N., Ando, T., Inoue, T., Ohtake, Y., Fukuchi, N., Hara, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+high-quality+higher-order+Laguerre+Gaussian+beams+using+liquid-crystal-on-silicon+spatial+light+modulators%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Generation of high-quality higher-order Laguerre Gaussian beams using liquid-crystal-on-silicon spatial light modulators.</a> J. Opt. Soc. Am. 25, 1642-1651 (2008).</li>
<li>Kennedy, S. A., Szabo, M. J., Teslow, H., Porterfield, J. Z., Abraham, E. R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creation+of+Laguerre-Gaussian+laser+modes+using+diffractive+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+A%22%5BJournal%5D)">Creation of Laguerre-Gaussian laser modes using diffractive optics.</a> Physical Review A. 66, 043801(2002).</li>
<li>Black, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+introduction+to+Pound-Drever-Hall+laser+frequency+stabilization%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">An introduction to Pound-Drever-Hall laser frequency stabilization.</a> American Journal of Physics. 69, 79-87 (2001).</li>
<li>Freise, A., Heinzel, G., Lueck, H., Schilling, R., Willke, B., Danzmann, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain+interferometer+simulation+with+higher-order+spatial%5BTitle%5D)+AND+%22Class.Quant.Grav%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain interferometer simulation with higher-order spatial.</a> Class.Quant.Grav. 21, (2004).</li>
<li>Uehara, N. Mode cleaner for the Initial LIGO 10 Watt Laser. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aUehara%2C+N+%22LIGO+internal+report%22">LIGO internal report</a>. 12, (1997).</li>
<li>Simtools, a collection of Matlab tools for optical simulations [Internet]. , Available from:
		
	 <a target="_blank" href="http://www.gwoptics.org/simtools/">http://www.gwoptics.org/simtools/</a> (2013).</li>
</ol>

Auteurs hebben niets te onthullen.

De uitvoerbundels van de meeste lasers die worden gebruikt bij hogeprecisiemetingen zijn ontworpen om een vorm te hebben die goed kan worden beschreven als een fundamentele Gaussische modus. Deze specifieke straalgeometrie combineert lage diffractie met een sferische golffront. Hoewel de lage diffractie een van de belangrijkste voordelen van laserlicht is, is het sferische golffront even belangrijk, omdat het de laagverliestransformatie van de laserstraal mogelijk maakt door standaard optische componenten met sferische oppervlakken. Er kunnen ook verschillende straalvormingen worden gecreëerd, en recent zijn Laguerre-Gauss bundels van belang geworden voor hun potentiële toepassing in hogeprecisie-interferometrie.
In dit artikel hebben we de experimentele procedure gedemonstreerd om hogere-orde Laguerre-Gauss modi te creëren met 95% zuiverheid voor hoogvermogen, ultrastabiele laserbundels. Om dit te bereiken, hebben we standaardtechnieken gecombineerd uit verschillende aspecten van optisch onderzoek, namelijk diffractieve faseplaten en laser-voorstabilisatie naar modus cleaner-holtes. Ons experiment biedt een eenvoudige, modulaire en zeer betrouwbare methode om hoogvermogen bundels te creëren in door de gebruiker gedefinieerde hogere-orde modi. Er wordt een commerciële ultrastabiele laser gebruikt als lichtbron. Het uitgangssignaal ervan wordt geïnjecteerd in een diffractieve faseplaat, die tot 75% van het licht kan omzetten in de gewenste Laguerre-Gauss modus. Dit licht wordt vervolgens geïnjecteerd in een kleine optische holte en een elektronische terugkoppelingslus wordt gebruikt om de laserfrequentie van de laser te stabiliseren op de holtelengte. De door de holte overgebrachte bundel is tot 95% in de gewenste modus en heeft, net als de fundamentele modusbundel aan het begin van de opstelling, een zeer goede frequentiestabiliteit bij audiofrequenties. Alle onderdelen vertegenwoordigen standaardcomponenten in moderne optische experimenten. We hebben deze techniek met succes gedemonstreerd voor laservermogens tot 80 W pure Laguerre-Gauss 33-modus.
Het zou mogelijk zijn om vergelijkbare resultaten te bereiken door de faseplaat te vervangen door een ander modus-converterend element (bijvoorbeeld andere diffractieve elementen of astigmatische modus-converters). Als alternatief zou een laser kunnen worden ingesteld met een optische resonator die is afgestemd op de gewenste Laguerre-Gauss modi, bijvoorbeeld met behulp van een amplitudemasker. Ten slotte zou de laserfrequentiestabilisatie naar de referentie-optische holte kunnen worden uitgewisseld met een soortgelijk schema dat een atomaire referentie gebruikt. De noodzaak van een elektronisch terugkoppelingssysteem is waarschijnlijk het grootste nadeel, maar dit is onvermijdelijk voor elke lichtbron die wordt gebruikt voor precisie-interferometer.
We geloven echter dat de in dit artikel gedemonstreerde methode een eenvoudig en modulair schema biedt dat kan worden geschaald naar alle benodigde laserfrequentie-, vermogen- of vormbereiken en dus een krachtige en veelzijdige methode presenteert. Elk onderdeel, de laserbron, het diffractieve element, evenals de optische holte, kan afzonderlijk worden gewijzigd of geoptimaliseerd, wat betekent dat ook bestaande laser-injectiesystemen kunnen worden geüpgraded om Laguerre-Gauss modi te gebruiken.

Gedurende de afgelopen decennia werden hoge precisie interferometrie experimenten naar een ultieme regime gevoeligheid waar quantum effecten beginnen om een ​​beslissende rol te spelen geduwd. In deze lopende en toekomstige experimenten zoals laserkoeling mechanische oscillatoren 1, optische vallen naar spiegels 2, de productie van verstrengelde testen massa 3, quantum non-sloop interferometrie 4, frekwentiestabilisatiemiddelen van lasers met stijve holten 5 en zwaartekrachtsgolf detectie 6 , 7, 8, onderzoekers worden geconfronteerd met een veelheid van beperkende fundamentele en technische geluidsbronnen. Een van de ernstigste problemen is de thermische ruis van de caviteitsspiegels van de interferometrische opstellingen, die wordt veroorzaakt door de thermische excitatie van de atomen van de spiegel substraten en de spiegel reflecterende coating 7, 8, 9. Dit effect, ook wel Brownse beweging, zal een onzekerheid in de fase van het veroorzakenhet licht dat weerkaatst wordt door elke test-massa en zal daarom manifesteren als een fundamenteel geluid beperking in de interferometer uitgang. Bijvoorbeeld, wordt het geprojecteerde ontwerp gevoeligheid van geavanceerde gravitatiegolf antennes, zoals geavanceerde LIGO, Geavanceerde VIRGO, en de Einstein Telescoop, beperkt door dit soort van ruis in de meest gevoelige gebied van de waarneming frequentieband 10, 11, 12. Experimentele natuurkundigen in de gemeenschap hard werken in een continue inspanning om deze ruis te minimaliseren en bijdragen aan de gevoeligheid van hun instrumenten te verbeteren. In het bijzondere geval van spiegel Brownse ruis, een methode van vermindering is groter bundelvlekgrootte van de momenteel gebruikte standaard fundamentele HG 00 straal op de testmassa oppervlakken beter gebruik, omdat een grotere balk gemiddelden over de willekeurige bewegingen van het oppervlak 13, 14. De spectrale vermogensdichtheid van de spiegel thermische ruis is op schaal metde inverse van de Gaussische bundel grootte van de spiegel substraat en het inverse kwadraat van het spiegelvlak 9. Aangezien de bundelspots groter worden gemaakt, wordt een groter gedeelte van het licht verloren macht over de rand van het reflecterende oppervlak. Gebruikt men een bundel met een homogene radiale intensiteitsverdeling dan de veelgebruikte HG 00 bundel (zie bijvoorbeeld figuur 1), kan de Brownse thermische ruis verlaagd worden zonder dat dit soort verlies. Tussen alle homogener balktypes die zijn voorgesteld voor nieuwe versies van hoge precisie interferometrie, bijvoorbeeld Mesa balken of conisch modes 13, 14, de meest veelbelovende hoger orde LG stralen vanwege hun mogelijke verenigbaarheid met de momenteel gebruikte sferische spiegelende oppervlakken 15. Bijvoorbeeld, de detectie van binaire neutronenster in spiraal systemen - die de meest veelbelovende astrofysische bronnen voor een eerste GW detecterenion - zou kunnen worden verbeterd met ongeveer een factor 2 of meer 16 ten koste van een minimale wijzigingen in het ontwerp van de tweede generatie interferometers in aanbouw 10, 11. Naast de thermische ruis voordelen, de bredere intensiteitsverdelingen van hogere orde LG balken (zie voorbeeld figuur 2) is aangetoond dat de grootte van thermische afwijkingen van de optica in de interferometers beperken. Dit zou de mate waarin de thermische compensatie systemen worden ingeroepen in toekomstige experimenten te ontwerpen gevoeligheden bereiken 19 te verminderen. We hebben onderzocht en succesvol gebleken dat het mogelijk genereren LG stralen bij de niveaus van zuiverheid en stabiliteit die nodig is om succesvol opereren GW interferometers op de beste gevoeligheid 16, 18, ​​19, 20, 21, 22. De voorgestelde methode combineert technieken en expertise ontwikkeld op diverse gebieden van de fysica en optica such voor de opwekking van hoge stabiliteit, lage ruis enkelvoudige modus laserbundels 23, het gebruik van ruimtelijke lichtmodulatoren en diffractieve optische elementen voor het manipuleren van de ruimtelijke profielen van lichtstralen 18, 22, 24, 25, 26, en het gebruik van geavanceerde technieken voor de detectie, besturing en stabilisatie van resonante optische caviteiten 27 oog op een verdere zuivering en stabilisatie van het laserlicht. Deze methode is succesvol gedemonstreerd in het laboratorium worden uitgevoerd voor testen op grote schaal prototype interferometers 20 en voor het opwekken LG modi hoge laser vermogens tot 80 W 21. In dit artikel beschrijven we de details van de werkwijze van het genereren van hogere orde LG balken en bespreken methoden voor de karakterisering en validering van het bundel. Verder, in stap 4 een werkwijze voor numerieke onderzoek van holten met niet-perfecte spiegel 19 is geschetst.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Het experimentele apparaat dat in dit artikel wordt besproken, vereist de volgende soorten instrumenten:</td></tr><tr><td colspan="4">Instrument</td></tr><tr><td>Solid state Laser bron, Nd:YAG 1064 nm CW laser</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Faraday Isolator</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Elektro-optisch Modulator (EOM)</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>CCDcamera straalprofielmeter</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Lenzen</td><td></td><td></td><td>Aantal: afhankelijk van apparaatsontwerp</td></tr><tr><td>Geleidingsspiegels</td><td></td><td></td><td>Aantal: afhankelijk van apparaatsontwerp</td></tr><tr><td>Apertuur</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Hoge reflectiviteitsspiegels (voor normale invalshoeken)</td><td></td><td></td><td>Aantal: 2</td></tr><tr><td>Piëzo-elektrische ring</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Cavity spacer</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1</td></tr><tr><td>Fotodioden en bijbehorende besturingselektronica</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1 of meer, afhankelijk van apparaatsontwerp</td></tr><tr><td>Ruimtelijke lichtmodulator</td><td></td><td></td><td>Aantal: 1 Holoeye LCR-2500</td></tr><tr><td colspan="4">Alle bovenstaande instrumenten zijn commercieel verkrijgbaar en er is geen specifieke specificatie vereist. We laten de keuze van de meest geschikte instrumenten over aan de discretie van de experimentator.</td></tr><tr><td colspan="4">Voor de belangstelling van de experimentator die geïnteresseerd is in het reproduceren van het protocol, bevelen we de volgende tools aan die in ons experiment zijn gebruikt:</td></tr><tr><td colspan="4">Tools</td></tr><tr><td>Innolight OEM 300NE, 1064 nm, 300 mW</td><td></td><td></td><td>Laserbron:</td></tr><tr><td>SIMTOOLs</td><td></td><td></td><td>Software voor data-analyse, beschikbaar op <a href="http://www.gwoptics.org/simtools/" target="_blank">www.gwoptics.org/simtools/</a></td></tr><tr><td>FINESSE</td><td></td><td></td><td>Software voor optische simulaties, <a href="http://www.gwoptics.org/finesse/" target="_blank"> www.gwoptics.org/finesse/</a></td></tr><tr><td colspan="4">Ten slotte werd de faseplaat die in het huidige experiment werd gebruikt, vervaardigd door Jenoptik GmbH, op basis van een aangepast ontwerp dat door de auteurs werd verstrekt.</td></tr></tbody></table>

de generatie van het hoger-orde laguerre-gauss optische balken voor hoge-precisie interferometrie

The Generation of Higher-order Laguerre-Gauss Optical Beams for High-precision Interferometry

Thermische ruis in de hoge reflectiviteit spiegels is een grote belemmering voor de verschillende soorten van hoge precisie interferometrie experimenten die gericht zijn op de standaard quantum limiet bereikt of om mechanische systemen te koelen tot hun kwantum grondtoestand. Dit is bijvoorbeeld het geval van toekomstige gravitatie-observatoria, waarvan de gevoeligheid voor gravitatiegolven signalen zal naar verwachting beperkt zijn in de meest gevoelige frequentieband, door atomaire trilling van hun spiegel massa. Een veelbelovende benadering gevolgd om deze beperking te overwinnen is om hogere orde Laguerre-Gauss (LG) optische bundels te gebruiken in plaats van de gebruikelijke fundamentele modus. Door hun homogenere lichtsterkteverdeling deze bundels gemiddeld beter via thermisch gedreven fluctuaties van het spiegeloppervlak, wat op zijn beurt vermindert de onzekerheid in de spiegelpositie waargenomen door het laserlicht. We tonen een veelbelovende methode voor het genererenhogere orde LG bundels door vormen van een fundamentele Gaussische bundel met behulp van diffractieve optische elementen. We laten zien dat met conventionele detectie en controle technieken die bekend zijn voor het stabiliseren van de fundamentele laserstralen, hogere orde LG modi kunnen worden gezuiverd en gestabiliseerd net zo goed op een vergelijkbaar hoog niveau. Een set van diagnostische hulpmiddelen kunnen we controleren en aanpassen van de eigenschappen van de gegenereerde LG balken. Dit stelde ons in staat om een ​​LG bundel te produceren met de hoogste zuiverheid gemeld tot nu toe. Het toonde compatibiliteit van hogere orde LG modi met standaard interferometrie technieken en met het gebruik van standaard sferische optiek maakt ze een ideale kandidaat voor toepassing in een toekomstige generatie van hoge precisie interferometrie.

Alle experimentele resultaten die tot nu toe in de tekst zijn beschreven en in de figuren worden getoond, vormen een representatief voorbeeld van een succesvolle uitvoering van het protocol voor straalomzetting. Het meest representatieve resultaat is de zuiverheid van de gegenereerde straal: een succesvolle straalomzetting moet leiden tot een straalzuiverheid van ongeveer 95% of hoger. Een goed voorbeeld van succesvolle straalomzetting is de meting van het intensiteitsprofiel van een 82.8 Watts, 96% zuivere LG33 straal verkregen in 21 en hier getoond in Figuur 12.
Tương tự, zoals besproken in de protocolsecties, zijn de modusconversie-efficiënties van de fasenplaat en van de volledige experimentele opstelling een goede indicator voor het succesvolle ontwerp van de experimentele apparatus, inclusief de fasenplaat en de modusreinigingsholte (mode cleaner cavity). Waarden van circa 50% tot 60% en hoger worden over het algemeen beschouwd als een goede waarde voor de modusconversie-efficiëntie. De hoogste conversie-efficiëntie die tot nu toe met dit type opstelling is gerapporteerd, is ongeveer 70% 21.
Het simulatieonderzoek beschreven in Protocol Sec 4 zou moeten resulteren in waarden voor de bundelzuiverheid met realistische spiegels, voorgestelde spiegelspecificaties en de resulterende bundelzuiverheid wanneer deze specificaties worden toegepast. Een voorbeeld van de resultaten die u kunt verwachten met realistische spiegelkaarten wordt getoond in 19, waar een oorspronkelijke LG33-zuiverheid van 89% wordt behaald, vergeleken met een zuiverheid van &gt;99% voor HG00. Een zuiverheid van &gt;99% voor de LG33-modus wordt bereikt door gebruik te maken van specifieke spiegelvereisten met een aanzienlijke vermindering van het astigmatisme in het spiegeloppervlak.
<img alt="Diagram van optische resonantiemodi; horizontale/verticale modusindexen, natuurkundig onderzoeksanalyse." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 1"> 
Figuur 1. Intensiteitspatronen voor Hermite-Gauss (HG) modi tot orde 6. De intensiteitspatronen zijn genormaliseerd om dezelfde piekintensiteit te hebben, voor de zichtbaarheid.
<img alt="Intensiteitspatronen van vortexstralen; diagram van azimuthale en radiale modusindices, optische vortexanalyse." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 2"> 
Figuur 2. Intensiteitspatronen voor helikale LG-modi tot orde 9. De intensiteitspatronen zijn genormaliseerd om dezelfde piekintensiteit te hebben, voor de zichtbaarheid.
<img alt="Diagram van de laseropstelling met EOM, Faraday-isolator voor optische excitatie en emissieanalyse." fo:conten-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50564/50564fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50564/50564fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 3"> 
Figuur 3. Schets van een conventionele opstelling voor de productie en stabilisatie van HG00-stralen.
<img alt="Diagram van de optische opstelling met faseplaat, servo en CCD voor straalmodulatie en analyse." fo:conten-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50564/50564fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50564/50564fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 4"> 
Figuur 4. Een schets van de experimentele opstelling die in dit artikel wordt besproken. De HG00 straal wordt eerst via een telescoop gematcht aan een gewenste waist-grootte en vervolgens op de faseplaat geïnjecteerd. De hoofdgediffracteerde straal wordt met een diafragma gescheiden van de hogere diffractie-ordes en vervolgens naar de Mode Cleaner-caviteit gestuurd. Een fotodiode wordt gebruikt om het foutsignaal voor de besturing van de caviteitslengte te extraheren. De straalintensiteit wordt geanalyseerd met een CCD-camera.
<img alt="Fasemodulatiediagram dat de posities van de faseplaat toont; x-y-as, relatieve fasemodulatieschaal." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 5"> 
Figuur 5. Fasemodulatieprofiel om een HG00 modus om te zetten naar een LG33 modus.
<img alt="Fasemodulatiepatroon, interferentiediagram, faseplaatanalyse, opstelling van het optische systeem." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 6"> 
Figuur 6. Voorbeeld van blazed fasemodulatieprofielen voor het genereren van LG33 modi.
<img alt="Vergelijking van interferentiepatronen: gemeten versus theoretisch; golfoptica; diffractiestudie." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 7"> 
Figuur 7. Vergelijking tussen de intensiteitsverdeling van de samengestelde bundel gegenereerd door de faseplaat (links) en de theoretische intensiteitsverdeling voor een zuivere LG33-bundel met dezelfde parameters.
<img alt="Diffractiepatroonanalyse; data, fit en residuen getoond; resultaten van visuele spectrumanalyse." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig8.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 8"> 
Figuur 8. Voorbeeld van beam intensity profile fitting toegepast op een echte LG33straal verzonden vanuit een faseplaat (links) vergeleken met fitresultaten (midden) en residuen van de fit (rechts). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50564/50564fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier om de figuur in groter formaat te bekijken</a>.
<img alt="Laguerre-Gauss-straalanalyse; grafiek van positie versus straalradius; vergelijking van datafit; optica-studie." fo:conten-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50564/50564fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50564/50564fig9.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 9"> 
Figuur 9. Profiel van een LG33-straal met een getoonde Gaussische fit ter vergelijking.
<img alt="Grafiek van de caviteitsscan met meetgegevens, LG33-fit, numeriek model; vergelijking van PD-uitlezing versus FSR." fo:conten-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50564/50564fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50564/50564fig10.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 10"> 
Figuur 10. Door een lineaire caviteit getransmitteerd lichtvermogen als functie van de caviteitslengte, bij injectie van een straal gegenereerd door de faseplaat. De resonantiepieken bij 0 en 1 FSR komen overeen met de gewenste LG33-mode. Een fit van deze dominante mode wordt ter vergelijking getoond (blauwe lijn). De rode curve toont het resultaat van het numerieke model, gebaseerd op de modale inhoud beschreven in Tabel 2. Afbeeldingen van de ongewenste stralen die door de caviteit gefilterd moeten worden, worden in de insets getoond.
<img alt="3D topografische hoogtekaart, kleurgecodeerde gegevens, nanostructuuranalyse, gevisualiseerd als diagram." fo:conten-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50564/50564fig11highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50564/50564fig11.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 11"> 
Figuur 11. Een voorbeeld van een spiegeloppervlaktekaart voor een van de Advanced LIGO optische spiegels 19.
<img alt="Analyse van het bundelprofiel; LG33-fitting; intensiteitsverdeling; opticaschema; residuenplot." src="/files/ftp_upload/50564/50564fig12.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figuur 12"> 
Figuur 12. Intensiteitsprofiel van een 82.8 W LG33 bundel getransmitteerd door een lineaire caviteit (links) vergeleken met de fit-residuen (rechts).
<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>p</td>
			<td>l</td>
			<td>0</td>
			<td>1</td>
			<td>2</td>
			<td>3</td>
			<td>4</td>
			<td>5</td>
			<td>6</td>
			<td>7</td>
			<td>8</td>
			<td>9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">0</td>
			<td>1.0</td>
			<td>2.8</td>
			<td>1.7</td>
			<td>2.0</td>
			<td>2.2</td>
			<td>2.5</td>
			<td>2.6</td>
			<td>3.1</td>
			<td>3.0</td>
			<td>3.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">1</td>
			<td>1.7</td>
			<td>2.7</td>
			<td>2.2</td>
			<td>2.4</td>
			<td>2.6</td>
			<td>2.8</td>
			<td>2.9</td>
			<td>2.8</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">2</td>
			<td>2.2</td>
			<td>2.4</td>
			<td>2.5</td>
			<td>2.7</td>
			<td>2.9</td>
			<td>3.0</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">3</td>
			<td>2.5</td>
			<td>2.7</td>
			<td>2.8</td>
			<td>3.0</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">4</td>
			<td>2.9</td>
			<td>3.0</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabel 1. Optimale verhouding tussen de bundelgrootte van de input HG00 en de bundelgrootte van het LGpl fasebeeld voor LG-modi tot orde 9.
<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Modus</td>
			<td>LG33</td>
			<td>LG63</td>
			<td>LG43</td>
			<td>LG53</td>
			<td>LG32</td>
			<td>LG62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vermogen</td>
			<td>75%</td>
			<td>8%</td>
			<td>4%</td>
			<td>4%</td>
			<td>4%</td>
			<td>1%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabel 2. Modusinnhoudanalyse beschreven door de caviteitsscan getoond in Figuur 10.

Er worden grote laser-interferometers gebouwd om een nieuw type sterrenkunde te creëren op basis van zwaartekrachtgolven. Hun gevoeligheden, net als voor veel andere hoogprecisie-experimenten, naderen fundamentele ruislimieten zoals de atoomtrillingen van hun componenten. We zijn pioniers in technologieën om deze limieten te overwinnen door gebruik te maken van nieuwe laserstraalvormen.

De Generatie van het Hoger-orde Laguerre-Gauss Optische Balken voor hoge-precisie interferometrie

Thermal noise in high-reflectivity mirrors is a major impediment for several  types of high-precision interferometric experiments that aim to reach the  ...

Het algemene doel van deze procedure is het genereren van optische bundels met lagere-orde lags met een hoge zuiverheid voor gebruik in precisie-interferometrie. Dit wordt bereikt door eerst het optimale faseconversiepatroon te ontwerpen en te prototypen om een optische bundel in fundamentele modus om te zetten in een gewenste hogere-orde modus met behulp van een ruimtelijke lichtmodulator-modusconverter, en vervolgens een faseplaatconverter te vervaardigen op basis van de prototypingsresultaten. De tweede stap is het injecteren van een laserbundel in fundamentele modus op de vervaardigde faseplaat om een bundel met een lage zuiverheid te produceren.De geproduceerde bundel wordt zorgvuldig geprofileerd en middels lenzen afgestemd op de gewenste nieuwe bundelparameters om uiteindelijk in de lineaire mode cleaner-caviteit te worden geïnjecteerd. Vervolgens fungeert de lineaire mode cleaner-caviteit als een modeselector voor de geïnjecteerde bundel. Door de lineaire mode cleaner te locken, kan de gewenste gilgo-modus worden gescheiden van de resterende ongewenste modi, waardoor deze worden afgestoten en uiteindelijk de algehele modepuurheid van de gegenereerde bundel wordt verhoogd.De laatste stap is het ontwerpen van de spiegels die nodig zijn voor de gewenste prestaties van de Lega GARS-modus in een detector op volledige schaal. Dit wordt bereikt door subsystemen van de detector te simuleren en bepaalde vormen in de spiegeloppervlakken aan te passen totdat de gewenste prestaties zijn behaald. Uiteindelijk wordt een analyse van het intensiteitsprofiel van de gegenereerde bundel gebruikt om de zuiverheid ervan te beoordelen.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is dat het de generatie van een stabiele bundel met hoge zuiverheid mogelijk maakt. Dit biedt daarnaast een hoge mate van aanpasbaarheid binnen de experimentele opstelling. Hoewel deze methode verbeteringen kan opleveren bij het uitvoeren van interferometrische metingen met een hoge precisie, kan zij worden toegepast op alle wetenschappelijke gebieden, zoals materiaalkundige microscopie, bewegingssensoren, biologie en meer.We kwamen op het idee voor deze methode na het lezen van literatuur over modusconversie met behulp van fasenplaten en ruimtelijke lichtmodulatoren. We realiseerden ons onmiddellijk dat we, indien we de techniek voor modusreiniging zouden toepassen, de zuiverheid van de op deze manier gegenereerde modi aanzienlijk zouden kunnen verbeteren. Na de ontwikkeling van deze techniek konden onderzoekers op het gebied van zwaartekrachtgolfdetectie de toepassing van Laguerre-Gauss-bundels in opstellingen verkennen.Representatief voor interferometers voor zwaartekrachtgolven, inclusief grootschalige interferometerprototypes en het gebruik van lasersystemen met een hoog vermogen, is de eerste stap het genereren van een zuivere, stabiele fundamentele Gaussian beam met een laag ruisniveau. De details van deze opstelling staan in het manuscript. Gebruik een beam profiler met software voor real-time beeldanalyse om de straalradius langs het optische pad te meten en verzamel ten minste 10 datapunten; fit de gemeten radii en bepaal de grootte en positie van de beam waist.Select vervolgens lenzen en plaats deze langs het optische pad om de grootte en positie van de bundelwaist aan te passen. Richt de bundel op de ruimtelijke lichtmodulator die zich in de bundelwaist bevindt, om de uitlijning van een reflecterende ruimtelijke lichtmodulator te vergemakkelijken. Stel de invalshoek in op vijf graden of minder om astigmatisme in de gegenereerde bundel te voorkomen.Pas nu het faseprofiel van de gewenste hogere of lagere GU-straal toe op het vloeibaar-kristaldisplay van de ruimtelijke lichtmodulator met behulp van het specifieke computerprogramma; hier wordt het fasemodulatieprofiel van de AL 33-modus getoond die in dit experiment zal worden gecreëerd. Dit is het beeld zoals het verschijnt op de ruimtelijke lichtmodulator. Selecteer, wanneer er door de polarisator wordt gekeken, de juiste fase op basis van de grootte van de geïnjecteerde straal.De patroongrootte overlapt nu een blazing-structuur met het faseprofiel op de ruimtelijke lichtmodulator. De inzet linksonder toont aanvankelijk de straal waarbij alleen het faseconversiepatroon rechts is toegepast op de ruimtelijke lichtmodulator; door een blazing-patroon op het faseprofiel toe te passen, wordt het licht met het leggos-profiel gescheiden van het licht zonder dit profiel. Optimaliseer de blazing-hoek om een diffractiehoek in de eerste orde te produceren die groter is dan de divergentiehoek van de straal. Gebruik de gegevens van het optimale conversiepatroon om een faseplaat te vervaardigen ter vervanging van de ruimtelijke lichtmodulator.Het is praktisch om de faseplaat te positioneren op de taille van de geïnjecteerde fundamentele modusstraal die moet worden omgezet. Plaats een CCD-camera achter de faseplaat ter ondersteuning bij de uitlijning. Monitor de output van de camera om de faseplaat zorgvuldig uit te lijnen, zodat deze loodrecht staat op de initiële straal en de straal gecentreerd is ten opzichte van de fasestructuur.Gebruik een straalkaart om te bepalen waar de stralen door de faseplaat zijn getransmiteerd. Zorg voor een goede scheiding van de hogere diffractie-ordes. Zodra dit is gebeurd, worden de stralen van de hogere ordes afgeschermd met een diafragma dat is gecentreerd op de hoofd diffractie-orde.Controleer of de opening de gewenste resultaten geeft. Ga verder met het construeren van een mode-cleaner-caviteit die geplaatst moet worden op de plek waar de leggos-straal wordt geïnjecteerd. Kies de spiegels voor de caviteit.Selecteer de starre afstandhouder ter ondersteuning en een piëzo-elektrisch ringelement om microscopische aanpassingen van de caviteitslengte mogelijk te maken. Bevestig de spiegels op de afstandhouder en plaats het piëzo-elektrische ringelement tussen een van de spiegels en de afstandhouder, terwijl de mode-cleaner caviteit is geplaatst en de geometrie is gedefinieerd. Stem de modus van de door de faseplaat gegenereerde straal af op de modus van de caviteit. Om het profiel van de Legendre-Gauss-straal te bepalen, wordt de intensiteitsverdeling met een CCD-camera geregistreerd op verschillende posities langs het straalpad. Om het profiel van de Legendre-Gauss-straal te bepalen, wordt de intensiteitsverdeling met een CCD-camera geregistreerd op verschillende posities langs het straalpad.Plaats lenzen en herhaal de metingen totdat de optimale bundelgrootte en -locatie zijn gevonden. Varieer nu de caviteitslengte door de spiegel met het piëzo-elektrische kristal te bewegen. Optimaliseer de uitlijning van de geïnjecteerde bundel in de caviteit terwijl de doorgelaten bundel in de monitor wordt gevolgd.Er werd gebruikgemaakt van metingen van het door de mode cleaner doorgelaten licht, hier weergegeven in de rode curve als functie van de caviteitslengte, weergegeven in de gele curve, om de modusinhoud van de leggo-bundel gegenereerd door de faseplaat te onderzoeken. Inspecteer nu de CCD-beelden zorgvuldiger en identificeer parasitaire modi. Hier worden de bundelprofielen van de parasitaire modi getoond terwijl hun pieken worden gepasseerd.Evalueer het vermogen van deze modi met behulp van het signaal van de fotodiodes en bereken de exacte modusinhoud van de totale bundel. De gemeten resultaten en de exacte modusinhoud kunnen worden gereproduceerd en vergeleken met numerieke simulaties, zoals hier wordt getoond. Ga verder door de regelkring te activeren om de caviteitslengte te vergrendelen op de hoofdbron en leg met de CCD-camera beelden vast van het profiel van de resulterende bundel die door de caviteit wordt getransmitteerd om de geproduceerde bundel te diagnosticeren.Meet het vermogen van de leggos-straal met een laservermogensmeter. Er moet voorzichtig worden gewerkt om clipping te voorkomen, aangezien leggos-stralen de afmetingen van het gevoelige gebied van de meeste commerciële instrumenten kunnen overschrijden. Gebruik een CCD-camera om de straalintensiteit te meten. Pas een fitting-routine toe om de parameters van het theoretische straalprofielbestand te bepalen.Beoordeel de zuiverheid van de bundel door het kwadraat van het inproduct van de theoretische en gemeten amplitudeverspreidingen te berekenen. De spiegels die worden gebruikt in grootschalige interferometrische experimenten, zoals advanced ligo, zijn ongelooflijk gladde, hypermoderne optica die zijn ontworpen voor het gebruik van de fundamentele modus boven de hogere orde. AL-modi stellen striktere eisen die via simulaties worden bepaald.Begin met het kiezen van een simulatietool; in dit geval wordt Finesse gebruikt voor deze video. De geavanceerde LIGO dual recycled Michelson-interferometer met fbri Perot-armcaviteiten, hier weergegeven, wordt gemodelleerd.Bereid de finesse-input van het model voor, test deze vervolgens met bundels in de grondmodus en valideer de betrouwbaarheid ervan. Pas het finesse-bestand aan voor de LG 33-modus. Let er hierbij op de opstelling zodanig te wijzigen dat er een vergelijkbare bundelgrootte wordt verkregen als bij de grondmodus.Herhaal de tests met behulp van deze stralen. De resultaten zouden zeer vergelijkbaar moeten zijn met die van de fundamentele modus. Stel nu een realistisch interferometermodel op waarin gegevens over de oppervlakteprofielen van de spiegels van de caviteit zijn verwerkt.Onderzoek en vergelijk de prestaties van de Hermite-Gauss nul-nul-modus en de hogere orde Laguerre-modi, bijvoorbeeld door het veld bij de donkere poort te detecteren. Van de hogere orde modi wordt verwacht dat zij slechter presteren. De modusdegeneratie resulteert in vervormde bundels die lekken naar de detectiepoort; om de degeneratie-effecten die in dit model aanwezig zijn te onderzoeken, worden de fbri Fabry-Perot armcaviteiten gesimuleerd waarin de degeneratie ontstaat.Gebruik de gegevens van deze simulaties om ongewenste modi in de circulerende bundel en eventuele frequentiesplitsing te identificeren. In dit deel van de video wordt de kaart van het spiegeloppervlak linksonder getoond en de Zer-polynoominhoud rechtsonder. De vormen van het spiegeloppervlak die een aanzienlijke koppeling veroorzaken tussen de inputbundel en modi van dezelfde orde, worden aangepast om een grotere zuiverheid van de circulerende bundel te bereiken. Het bundelprofiel wordt linksboven getoond en het vermogen hiervan rechtsboven.In dit geval wordt uiteindelijk een zuiverheid van 99% van de circulerende modus bereikt. De definitieve spiegelkaart representeert de spiegelvereisten voor de Legendre-Gauss modus en kan worden gebruikt in simulaties van de interferometer op volle schaal om prestatieverbeteringen te testen. Dit is het intensiteitsprofiel van de fundamentele modusbundel die als input voor het systeem werd gebruikt en succesvol werd omgezet naar deze Legendre-Gauss 33-bundel.In het hier getoonde voorbeeld, waarin resultaten worden weergegeven die zijn gepubliceerd in referentie 21, werd met deze methode een straal van 82,8 watt en 96% zuiverheid gegenereerd. Een indicatie van de zuiverheid van deze straal is te zien in deze plot van de fit-residuen voor deze modus.Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in een paar weken worden uitgevoerd, mits deze correct wordt uitgevoerd van het ontwerp tot de voltooiing van de opstelling. Bij het uitvoeren van deze procedure moet men uiterst zorgvuldig zijn met het ontwerp en de voorlopige aanpassing van deze experimentele opstelling, evenals met de keuze en de kwaliteit van de optische componenten. Over het algemeen zal iemand die nieuw is met deze methode moeite hebben met het ontwerp, de karakterisering en de uitlijning van het gedeelte van de opstelling voor hogere-orde modi.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u hogere-orde Gaussische modi creëert voor gebruik in precisie-interferometrie. Vergeet niet dat het werken met lasers extreem gevaarlijk kan zijn en dat voorzorgsmaatregelen, zoals het dragen van gecertificeerde laserbeschermingsbrillen, altijd in acht moeten worden genomen tijdens het uitvoeren van deze procedure.

the-generation-higher-order-laguerre-gauss-optical-beams-for-high

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Laser-axotomie gevolgd door time-lapse-imaging is een gevoelige methode om de effecten van mutaties in C. elegans op axonregeneratie te analyseren. Een hoogwaardig, maar goedkoop laserablatiesysteem kan eenvoudig aan de meeste microscopen worden toegevoegd. Time-lapse-imaging over een periode van 15 uur vereist een zorgvuldige immobilisatie van de worm.

De bouw van een Low-budget Laser axotomy Systeem om Axon Regeneration Study in C. elegans</em

Een verwijzing interferometer techniek, die is ontworpen om ongewenste laser jitterruis voor NanoDetection verwijderen, wordt gebruikt voor het sonderen van een ultra-hoge kwaliteit factor microcavity. Aanwijzingen voor de montage, installatie, en data-acquisitie worden verstrekt, naast het meetproces voor het opgeven van de holte kwaliteitsfactor.

Implementatie van een Reference Interferometer voor NanoDetection

We presenteren een protocol voor het creëren van een realtime film van een moleculair rotatiegolfpakket met behulp van een hoogwaardige Coulomb-explosie-beeldvormingsopstelling.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

We demonstreren de transmissie van meerdere onafhankelijke signalen door een multimodevezel met behulp van golffrontvorming met behulp van een enkele ruimtelijke lichtmodulator. Door de golffront voor elk signaal afzonderlijk te moduleren, worden ruimtelijk gescheiden foci verzonden. Mogelijke toepassingen zijn multiplexte gegevensoverdracht in de communicatietechniek en endoscopische lichtlevering in biofotonica.

Transmissie van meerdere signalen door middel van een optische vezel met behulp van Golffront Shaping

Beschrijven we de bouw van een snelle continuous-wave-gestimuleerd-Brillouin-verstrooiing (CW-SBS) spectrometer. De spectrometer heeft één-frequentie-diodelasers en een atomaire damp inkeping-filter te verwerven transmissie spectra van troebel/niet-troebel monsters met hoge spectrale resolutie bij snelheden tot 100-fold sneller dan die van bestaande CW-SBS spectrometers. Deze verbetering maakt een snelle Brillouin materiële analyse.<br...

High-Speed Continuous-wave gestimuleerd Brillouin verstrooiing Spectrometer voor materiaal analyse

Deze gegevens van het protocol, de bouw en de exploitatie van een real-time 3D één deeltje tracking Microscoop staat tracking nanoschaal fluorescerende probes hoge diffusive snelheden en lage foton graaf tarieven.

Een Protocol voor Real-time 3D één deeltje Tracking

We laten zien hoe het complexe gebied van laserstralen coderen met behulp van een Eénfase-element. Een common-pad interferometer is werkzaam te mengen van de fase-informatie die wordt weergegeven in een alleen-fase ruimtelijke lichtmodulator ten slotte ophalen het patroon van de gewenste complex terrein aan de uitgang van een optisch imaging systeem.

De Amplitude en fase van laserstralen vormgeven met behulp van een alleen-fase ruimtelijke lichtmodulator

We beschrijven een optisch systeem voor het genereren van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meerdere kwantum interferentie-effecten met een detectie schema om de experimentele betrouwbaarheid van gegenereerde verstrikt fotonen te schatten.

Een fotonisch systeem voor het opwekken van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meervoudige kwantum interferentie

Hier beschrijven we de werking van een SiN geïntegreerd fotonisch circuit met optische gefaseerde arrays. De circuits worden gebruikt om lage divergentie laserstralen uit te zenden in de buurt infrarood en sturen ze in twee dimensies.

Karakterisering van SiN Integrated Optical Phased Arrays op een wafer-scale teststation

Dit protocol beschrijft de constructie van een goedkoop, discreet, vezelgekoppeld en lucht-gespreid Fabry-Perot etalon met verschillende toepassingen, zoals in trace-gas spectroscopie. De fabricage is mogelijk in elke faciliteit met standaard optische laboratoriumapparatuur beschikbaar.

Fabricage van een goedkope, vezelgekoppelde en lucht-gespreide Fabry-Pérot Etalon

Dit artikel beschrijft de experimentele methode om langdurige stabiele vangst en nauwkeurige positionering van grote metaaldeeltjes in de lucht te bereiken met behulp van een dynamische, bootvormige fotoforetische val. Dit systeem maakt gecontroleerde manipulatie mogelijk die geschikt is voor studies naar plasmonische interacties.

Optisch grote metalen deeltjes in de lucht opvangen met een &#39;boot&#39;-val met direct getrokken zijwanden

Leer hogere-orde Laguerre-Gauss optische bundels genereren voor hoogprecisie-interferometrie. Deze methode gebruikt ruimtelijke lichtmodulatoren en faseplaten om bundelzuiverheid te verhogen voor gravitatiegolfdetectie.

De Generatie van het Hoger-orde Laguerre-Gauss Optische Balken voor hoge-precisie interferometrie

Meer video's verkennen