Miroirs cristallins en AlGaAs pour la métrologie de l'espace-temps et leur application aux détecteurs d'ondes gravitationnelles - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

AlGaAs crystalline mirrors for the space-time metrology and their application to gravitational wave detectors

Miroirs cristallins en AlGaAs pour la métrologie de l'espace-temps et leur application aux détecteurs d'ondes gravitationnelles

Victor Hui
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1249552
  • IdRef : 269328246

Résumé

Improving gravitational wave detectors sensitivity has been the main challenge to continue to dig deep in gravitational astronomy. One of the main limitation of the sensitivity of such detectors are the coatings thermal noise of the mirrors. The goal of this thesis research project is to understand thermal noises that occur in the Virgo detector mirrors and to explore new materials in order to reduce these thermal noises in the coatings. Focus hasbeen made on new monocrystalline coatings to produce high reflectivity mirrors with low optical absorption and low mechanical dissipation. An excellent candidate is a crystalline III-V material: Gallium arsenide (GaAs). Such materials have both excellent optical spec-ifications (low level of optical diffusion and absorption) and better mechanical properties (quality factor of 1e5), thus lower thermal noises. The conception of a crystalline Bragg mirror has been explored through the transfer of an AlGaAs/GaAs multilayer coating from a GaAs substrate to a SiO2 substrate.
Depuis les premières détections d’ondes gravitationnelles en 2015, les détecteurs d’ondes gravitationnelles Advanced LIGO et Advanced Virgo n’ont cessé d’améliorer leurs perfor-mances afin de pouvoir explorer et de comprendre de plus en plus les évènements ultra-violents de l’univers telles que la fusion de deux trous noirs ou d’un trou noir et d’une étoile à neutrons. Pour élargir leur horizon de détection, les détecteurs d’ondes gravita-tionnelles qui sont des instruments d’une grande complexité basée sur des interféromètres de plusieurs kilomètres de long doivent améliorer leur sensibilité de détection. L’une des principales sources de bruit qui vient limiter cette sensibilité est le bruit thermique brown-ien provenant de la fluctuation de la position de la surface du miroir équipant ces inter-féromètres. Ce bruit est notamment dominant dans le revêtement multicouche déposé sur le substrat en verre du miroir. Le travail de recherche qui a été mené au cours de cette thèse a eu pour objectif de comprendre et modéliser les mécanismes physiques qui vont générer ce bruit thermique et d’explorer des matériaux dont les propriétés optiques et mécaniques sont compatibles avec les exigences des détecteurs. Des matériaux monocristallins tels que l’AlGaAs et le GaAs se révèlent être de très bons candidats pour obtenir des revêtements avec un faible bruit thermique et d’excellents spécifications optiques (faible diffusion et ab-sorption optique). La réalisation de revêtements de miroirs à partir de tels matériaux a été conduite au cours de cette thèse avec le transfert de couches minces faites en AlGaAs/GaAs depuis son substrat natif de GaAs vers un substrat de verre. Ce travail expérimental a permis l’exploration de nombreuses technologies en lien avec la physique des matériaux tels que le traitement de la surface, le collage direct, la gravure chimique et différentes techniques de caractérisations pour valider le protocole de transfert. Finalement, le trans-fert de 35 paires de couches cristallines AlGaAs/GaAs depuis un substrat de GaAs vers un substrat de verre sur des plaques de 10 centimètres de diamètre a pu être réalisé pour concevoir un miroir de Bragg cristallin.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04078245 , version 1 (22-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04078245 , version 1

Citer

Victor Hui. Miroirs cristallins en AlGaAs pour la métrologie de l'espace-temps et leur application aux détecteurs d'ondes gravitationnelles. Vibrations [physics.class-ph]. Université Savoie Mont Blanc, 2022. Français. ⟨NNT : 2022CHAMA015⟩. ⟨tel-04078245⟩
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