Ontwikkeling van optimale combinatie van passieve en actieve trillingsdemping
Grondtrillingen zijn een belangrijke bron van ruis in laserinterferometer zwaartekrachtgolfdetectoren die zich op- of in het aardoppervlak bevinden. Seismische omgevingsruis, veroorzaakt door natuurlijke micro-seïsme en menselijke activiteiten, zou verplaatsingen van de optica van de interferometers veroorzaken die tien ordes van grootte groter zijn dan het effect dat van zwaartekrachtgolfsignalen wordt verwacht. Om deze reden worden seismische isolatiesystemen gebruikt als mechanische interface tussen de omgeving en de detectoroptiek.
Ga naar de beschrijving van het R&D vraagstuk
Seismische isolatoren zijn Ultra-Hoog-Vacuüm (UHV)-compatibele complexe mechatronische systemen die de belangrijkste functies vervullen: Langzame grootschalige positionering en uitlijning; het onderdrukken van trillingsruis beneden de gevoeligheidsvereisten in de detectorobservatieband (10 Hz-10 kHz voor interferometers van de huidige generatie zoals LIGO en VIRGO); het verminderen van de algehele RMS-beweging van elk opgehangen optisch element, in het bijzonder de bijdragen van ophangingsresonanties en oceanische micro-seismische pieken.
Bekijk de algemene presentatie van de doorkijksessie
Bekijk de presentatie van Conor Mow-Lowry
In de Einstein Telescope brengt de uitbreiding van de waarnemingsband van zwaartekrachtgolven tot 3 Hz serieuze technologische uitdagingen met zich mee, door een prestatieverbetering van enkele ordes van grootte te vereisen ten opzichte van de modernste laagfrequente trilling isolatietechnieken. Cruciaal voor het verminderen van overtollige ruis van koppelingen - bij de regeling van de globale vrijheidsgraden van de interferometer (longitudinale- en hoekuitlijning) - is de onderdrukking van de rest RMS-beweging van de kernoptieken van de detector tot op nanometerniveau.
Het verwezenlijken van de vereisten voor de ET-ophangingen wordt gerealiseerd middels nieuwe mechanische ontwerpen/configuraties van seismische isolatoren, de ontwikkeling van betere traagheids- en relatieve bewegingssensoren, en de implementatie van geavanceerde regelsystemen.
De belangrijkste uitdagingen in een notendop:
- Optimalisatie van rest RMS-bewegingswaarden door toepassing van geavanceerde regelmethoden en algoritmen, ontwerpen voor productie;
- Relatieve bewegingssensoren met ultra lage ruis voor het dempen van resonanties in het ophangsysteem;
- Rotatietraagheidssensoren met ultra lage ruis voor actieve rotatie-isolatie;
- Seismische isolatoren voor hulpoptica: ontwikkeling van een gestandaardiseerd modulair technisch ontwerp, prototyping;
- Interferometrische optische verbindingen om laagfrequente tracking tussen ondersteunende hulp- en kernoptica te implementeren en voor strooilicht onderdrukking;
- Actieve trilling isolatie systemen voor in-lucht laser optische banken.
Doelen:
Einstein Telescope-gebruiksdoel:
Uitbreiding van de zwaartekrachtgolf observatieband tot 3 Hz!
(10Hz-10kHz voor huidige generatie interferometers zoals LIGO en VIRGO)
Engineeringdoel | Seismische isolatiesystemen:
Voorgestelde richting; langzame grootschalige positionering en uitlijning;
- Nieuwe mechanische ontwerpen/configuraties van seismische isolatoren;
- Ontwikkeling van betere traagheids- en relatieve bewegingssensoren;
- Implementatie van geavanceerde regelsystemen.
Gewenste resultaten:
- Het onderdrukken van trillingsruis beneden de gevoeligheidsvereisten in de gewenste detectorobservatieband. (een paar ordes beter dan de huidige bekende laagfrequente trilling isolatietechnieken);
- Het verminderen van de algehele rest RMS-beweging van elk opgehangen optisch element, in het bijzonder de bijdragen van ophangingsresonanties en oceanische micro-seismische pieken.