C a l i b r a t i o n o f a g r a v i t a t i - PowerPoint PPT Presentation

C a l i b r a t i o n o f a g r a v i t a t i o n a l w a v e d e t e c t o r D . E s t e v e z P h D S t u d e n t - L A P P D a u t r e p p e - 0 5 / 1 2 / 2 0 1 8

E f f e c t o f g r a v i t a t i o n a l w a v e s G r a v i t a t i o n a l w a v e s P o n c t u a l t e s t ma s s e s S t r e t c h a n d s q u e e z e s p a c e t i me b e t w e e n p a r t i c l e s w i t h r e s p e c t t o t h e w a v e p o l a r i z a t i o n P e r t u r b a t i o n s o f t h e me t r i c : h ( t ) Dautreppe - 05/12/2018 2

Mi c h e l s o n i n t e r f e r o me t e r Credit: H. Lück AEI Hannover Beam-splitter Laser Mirror Interference pattern Dautreppe - 05/12/2018 3 Photodetector

A d v a n c e d V i r g o Controls T h e c o n t r o l s c a n c e l t h e d i s p l a c e me n t o f t h e mi r r o r s d u e t o d i f f e r e n t n o i s e s b u t a l s o t h e g r a v i t a t i o n a l w a v e s i g n a l h ( t ) . . . Controls West North Signals photodetectors Dautreppe - 05/12/2018 4

R e c o n s t r u c t i o n o f h ( t ) ➔ S u b t r a c t c o n t r o l s i g n a l s f r o m d a r k f r i n g e s i g n a l ➔ C o r r e c t f o r t h e i n t e r f e r o me t e r o p t i c a l r e s p o n s e C o r r e c t i o n s i g n a l s ( V ) R e c o n s t r u c t i o n o f h ( t ) N e e d t o b e c a l i b r a t e d ! A i mir/mar G i P h o t o d i o d e h ( t ) (S f x O ITF ) -1 G ITF L 0 -1 -1 s i g n a l s ( W) Dautreppe - 05/12/2018 5

Wh a t i s c a l i b r a t i o n ? ● N e e d t o u n d e r s t a n d t h e d e t e c t o r r e s p o n s e w h e n a n e x t e r n a l s i g n a l c h a n g e s t h e Δ L = L N − L W d i f f e r e n t i a l a r m l e n g t h h ext = Δ L , L 0 = 3 km a n d e x t r a c t t h e e x t e r n a l p e r t u r b a t i o n L 0 ● Me a s u r e t h e d e t e c t o r s e n s i t i v i t y h ( f ) ● R e c o n s t r u c t i n r e a l t i me t h e e v o l u t i o n o f t h e a mp l i t u d e s i g n a l h ( t ) ● S i mu l a t e g r a v i t a t i o n a l w a v e s i g n a l s b y mo v i n g t h e mi r r o r s h ( f ) A d v a n c e d V i r g o c u r r e n t s e n s i t i v i t y Dautreppe - 05/12/2018 6

E l e c t r o ma g n e t i c a c t u a t o r s Mu l t i p l e s u s p e n s i o n s t a g e s ● A p p l y a v o l t a g e o n t h e c o i l s ( V ) - - - > Mo v e s t h e mi r r o r s ( m) ● R e f e r e n c e i s t h e w a v e l e n g t h o f t h e I T F : 1 0 6 4 n m ● Me a s u r e t h e o p t i c a l s i g n a l w h e n t h e i n p u t mi r r o r s mo v e Δ L free f r e e l y a n d r e c o n s t r u c t ● I n p u t mi r r o r s a n d b e a ms p l i t t e r a r e t h e n c a l i b r a t e d ● T r a n s f e r p r o c e d u r e s t o c a l i b r a t e t h e o t h e r mi r r o r s w h e n c o n t r o l l e d T e s t ma s s D u r i n g t h e o b s e r v a t i o n r u n O 2 ( A u g u s t 2 0 1 7 f o r V i r g o ) L A S E R S y s t e ma t i c u n c e r t a i n t i e s w e r e : C o i l s Ma g n e t s ➢ 1 , 1 % i n a mp l i t u d e ( m/ V ) ➢ 5 mr a d o n p h a s e Dautreppe - 05/12/2018 7

U n c e r t a i n t y o n h ( t ) j } Mo v i n g a mi r r o r ➢ h i n R e c o n s t r u c t i o n o f t h i s d i s p l a c e me n t u s i n g t h e w h o l e i n t e r f e r o me t e r ➢ h l a s e r r e c ➢ C h rec / h inj o mp u t e p h o t o d i o d e ± 4 % a mp l i t u d e σ hrec = ± 5 . 1 % a mp l i t u d e C l a s s . Q u a n t . G r a v . 3 5 ( 2 0 1 8 ) n o . 2 0 , 2 0 5 0 0 4 ± 3 5 mr a d p h a s e σ hrec = ±( 4 π f τ) o τ = µ s 0 mr a d + 2 ù 2 0 Dautreppe - 05/12/2018 8

U n c e r t a i n t y o n h ( t ) j } Mo v i n g a mi r r o r ➢ h i n R e c o n s t r u c t i o n o f t h i s d i s p l a c e me n t I N u s i n g t h e w h o l e i n t e r f e r o me t e r D E P ➢ h l a s e r E N r e c D E N T ➢ C h rec / h inj o mp u t e M p h o t o d i o d e E T H O D S N ± 4 % a mp l i t u d e E E D σ hrec = ± 5 . 1 % a mp l i t u d e E D C l a s s . Q u a n t . G r a v . 3 5 ( 2 0 1 8 ) n o . 2 0 , 2 0 5 0 0 4 ± 3 5 mr a d p h a s e σ hrec = ±( 4 π f τ) o τ = µ s 0 mr a d + 2 ù 2 0 Dautreppe - 05/12/2018 9

P h o t o n c a l i b r a t o r ( P c a l ) S u s p e n s i o n s C â b l e s Mo v i n g t h e mi r r o r s b y A u x i l i a r y l a s e r b e a m r a d i a t i o n p r e s s u r e : F ( t )= 2 cos ( i ) I n t e r f e r o me t e r l a s e r b e a m P ref ( t ) F ⃗ F a i s c e a u l a s e r c p r i n c i p a l F ( t ) x ( t )=− 1 S u s p e n d e d mi r r o r R e f l e c t e d l a s e r b e a m 2 m ( ma s s m) ( 2 π f ) ( P ) r e f ( P ) r e f Dautreppe - 05/12/2018 10

P c a l s e t - u p o n A d v a n c e d V i r g o WE Injection Reflection Dautreppe - 05/12/2018 11

C h e c k i n g h ( t ) w i t h t h e P c a l ± 4 ± π f τ) w τ = µ s A mp l i t u d e : % P h a s e : ( 3 5 mr a d + 2 i t h 7 C l a s s . Q u a n t . G r a v . 3 5 ( 2 0 1 8 ) n o . 2 0 , 2 0 5 0 0 4 ➢ C o n s i s t e n t w i t h t h e u n c e r t a i n t i e s g i v e n f o r h ( t ) r e c o n s t r u c t i o n d u r i n g t h e o b s e r v a t i o n r u n O 2 w i t h t h e e l e c t r o ma g n e t i c a c t u a t o r s Dautreppe - 05/12/2018 12

N e w t o n i a n c a l i b r a t o r ( N c a l ) NCal moving line Mirror x axis ➢ R o t o r ma d e o f t w o ma s s e s Hz ➢ N o n - l i n e a r N e w t o n i a n f o r c e g e n e r a t e s t h e s i g n a l ➢ S i g n a l a t t w i c e t h e ➢ S t i l l i n d e v e l o p me n t f r e q u e n c y o f t h e r o t o r ➢ P r o mi s i n g r e s u l t s f o r f u t u r e c a l i b r a t i o n ➢ 1 / d 4 e f f e c t Dautreppe - 05/12/2018 13

N c a l s e t - u p o n A d v a n c e d V i r g o End tower Vacuum tube N c a l s Dautreppe - 05/12/2018 14

C h e c k i n g h ( t ) w i t h t h e N c a l h r e c / h i n j → Me a s u r e d / e x p e c t e d N C a l l i n e s a mp l i t u d e a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o i l s i n j e c t i o n s me a s u r e me n t s . → B e t t e r c o n t r o l o f t h e s y s t e ma t i c u n c e r t a i n t i e s ( ma s s , d i s t a n c e . . . ) → A b s o l u t e c a l i b r a t i o n b e l o w 1 % s e e ms p o s s i b l e . C l a s s . Q u a n t . G r a v . 3 5 ( 2 0 1 8 ) n o . 2 3 , 2 3 5 0 0 9 Dautreppe - 05/12/2018 15