研究人員開發出一種新型的可變形反射鏡，可以提高地面重力波探測器的靈敏度，例如先進的激光干涉儀重力波天文臺（LIGO）。先進的LIGO可以測量由引力波引起的時空微弱的波動，這種波動是由諸如黑洞或中子星碰撞之類的遙遠事件引起的。

（圖片來源：阿德萊德大學的Huy Tuong Cao ）

該圖顯示了熱雙壓電晶片鏡的橫截面及其組成部分。控制反射鏡的溫度會改變反射波陣面的曲率。模擬的徑向應力覆蓋在橫截面上，徑向應力顯示應力集中在兩層的邊界處，其中粘合劑將結構固定在一起。

這項新技術是由澳大利亞研究委員會和國家科學基金會資助的阿德萊德大學和LIGO實驗室之間的訪客計劃的一部分，由LIGO的Cao和Aidan Brooks提出的。研究人員首次基于雙金屬效應制作了可變形反射鏡，其中使用溫度變化來實現機械位移。用于成形和控制激光的可變形反射鏡的表面由微小的反射鏡組成，每個反射鏡均可移動或驅動，以改變反射鏡的整體形狀。

來自澳大利亞重力波發現卓越中心（OzGrav）阿德萊德節點大學（universityofadelaidenode）的研究團隊負責人曹慧彤（huytoungcao）說：“除了改進當今的重力波探測器外，這些新型反射鏡還將有助于提高下一代探測器的靈敏度，并允許探測新的重力波源。我們的新反光鏡可提供很大的致動范圍，且精度很高。設計的簡單性意味著它可以將市售的光學器件變成可變形的反射鏡，而無需任何復雜或昂貴的設備。這使得它對于精確控制光束形狀至關重要的任何系統都非常有用。”

建立更好的鏡子

地面重力波探測器使用激光在干涉儀的兩個臂之間來回移動，以監視每個臂末端的反射鏡之間的距離。引力波會導致反射鏡之間的距離發生輕微但可檢測的變化。要檢測到這種微小變化，就需要極其精確的激光束控制和整形，這是通過可變形鏡實現的。

曹說：“我們已經達到了提高重力波探測器靈敏度所需的精度，這超出了用于制造可變形反射鏡的制造技術所能達到的精度。重要的是，新設計的激光束通過的光學表面更少。這減少了由涂層的散射或吸收引起的光損失。”

大多數可變形鏡使用薄鏡引起大量的驅動，但是這些薄鏡會產生不希望的散射，因為它們很難拋光。研究人員通過將一塊金屬附著在玻璃鏡上，利用雙金屬效應設計了一種新型的可變形鏡。當兩者一起加熱時，金屬會比玻璃膨脹得更多，從而導致鏡子彎曲。

新設計不僅可以產生大量的精確致動，而且結構緊湊，并且只需對現有系統進行最少的改動即可。用于制造可變形鏡的熔融石英鏡和鋁板均可商購。為了連接這兩層，研究人員精心選擇了一種粘合劑，可以最大程度地提高驅動力。

精密表征

創建高精度鏡面需要精密的表征技術。研究人員開發并建造了高度靈敏的Hartmann波前傳感器，以測量反射鏡的變形如何改變激光的形狀。

曹說：“該傳感器對我們的實驗至關重要，還用于重力探測器中，以測量干涉儀核心光學器件的微小變化。我們用它來表征反射鏡的性能，發現反射鏡非常穩定，并且對溫度變化具有非常線性的響應。”

測試還表明，粘合劑是反光鏡驅動范圍的主要限制因素。研究人員目前正在努力克服由膠粘劑引起的局限性，并將在將反光鏡集成到高級LIGO中之前進行更多測試，以驗證兼容性。