Broadband quantum noise reduction in AdV+ : from frequency-dependent squeezing implementation to detection losses and scattered light mitigation
Broadband quantum noise reduction in AdV+ : from frequency-dependent squeezing implementation to detection losses and scattered light mitigation
Résumé
Gravitational astronomy began following the first direct detection of gravitational waves by the
LIGO detectors in the US. Afterwards, the European Virgo detector joined the observation
network, which enabled a much more precise localization of the gravitational wave sources. The
detection of a coalescence of neutron stars initiated the so-called multi-messenger astronomy. In
total up to the end of the last observing run O3, 90 coalescence events were revealed, reaching
a rate of one event per week. The detectors were further improved in view of the next O4 run,
to allow an even larger portion of the Universe to be seen. Three of the major upgrades made
in Virgo are addressed in this thesis. The first is the implementation of an innovative quantum
technique, known as frequency-dependent squeezing, to reduce the quantum noise over the entire
detection band,. I contributed to the successful implementation of this technique up to the first
measurement of squeezed states with rotation at a frequency of 25 Hz, which is what is needed
to optimize the noise reduction in Virgo. The second contribution concerns the study and
mitigation of scattered light from the detector’s suspended benches. The scattered light that
re-couples with the interferometer’s main beam worsens its low-frequency sensitivity and risks
hiding the benefit introduced by frequency-dependent squeezing. Projections of the scattered
light noise arising from the suspended benches has been made after measuring the scattering
property of some of the optics with a scatterometer developed at LAPP. Spurious beams that
can create extra stray light have also been mitigated. The third contribution concerns the
replacement of the two output mode cleaner cavities with a new high finesse low loss cavity.
The main motivation was to reduce optical losses that degrade squeezing performance. The
new cavity has successfully been characterized, installed and commissioned . The upgrades
described in this thesis for O4 will allow for greater sensitivity and thus reveal more distant
events, allowing us to uncover some of the secrets that lurk in our universe.
L’astronomie gravitationnelle a commencé après la première détection directe d’ondes gravitationnelles par les détecteurs LIGO aux États-Unis. Par la suite, le détecteur européen
Virgo a rejoint le réseau d’observation, ce qui a permis une localisation beaucoup plus précise
des sources d’ondes gravitationnelles. La détection d’une coalescence d’étoiles à neutrons a
marqué le début de l’astronomie dite ‘multi-messagers’. Au total, jusqu’à la fin du dernier cycle
d’observation O3, 90 événements de coalescence ont été révélés, à un taux d’un événement par
semaine. Les détecteurs ont été encore améliorés en vue du prochain cycle O4, afin de permettre
l’observation d’une portion encore plus grande de l’Univers. Trois des principales améliorations
apportées à Virgo sont abordées dans cette thèse. La première est l’implémentation d’une
technique quantique innovante, connue sous le nom de ‘frequency-dependent squeezing’, pour
réduire le bruit quantique sur toute la bande de détection. J’ai contribué à la mise en œuvre
de cette technique jusqu’à la première mesure d’états comprimés du vide avec une rotation
à une fréquence de 25 Hz, ce qui est nécessaire pour optimiser la réduction du bruit dans
Virgo. La deuxième contribution concerne l’étude et l’atténuation de la lumière diffusée par les
bancs suspendus du détecteur. La lumière diffusée qui se recouple avec le faisceau principal de
l’interféromètre détériore sa sensibilité aux basses fréquences et risque de masquer le bénéfice
introduit par le squeezing en fonction de la fréquence. La projection du bruit de la lumière
diffusée provenant des bancs suspendus a été réalisée après avoir mesuré la propriété de diffusion
de certaines optiques avec un diffusomètre développé au LAPP. Les faisceaux parasites qui
peuvent créer de la lumière parasite supplémentaire ont également été atténués. La troisième
contribution concerne le remplacement des deux cavités nettoyeuses de mode de sortie par une
nouvelle cavité à haute finesse et à faibles pertes. La principale motivation était de réduire
les pertes optiques qui dégradent les performances du squeezing. La nouvelle cavité a été
caractérisée, installée et mise en service avec succès. Les améliorations décrites dans cette thèse
pour O4 permettront d’obtenir une plus grande sensibilité et donc de révéler des événements
plus lointains, ce qui nous permettra de découvrir certains des secrets qui se cachent dans notre
Univers.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)