新的激光技術突破有助深入理解重力波

由西澳大學（University of West Australia）的重力波科學家領導，開發一種具有前所未有精度的新型激光模式傳感器，該傳感器將用於探測中子星的內部並測試廣義相對論的基本極限。

西澳大學重力波發現卓越中心的研究助理亞倫·鍾士（Aaron Jones）博士表示，西澳大學協調了重力波、超表面和光子學專家的全球合作，開創一種測量光結構的新方法，稱為「本徵模」（eigenmodes，德文，意思是「自己的模式」）。

鍾士說：「好像激光干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，縮寫 LIGO）、室女座干涉儀（Virgo interferometer）和日本神樂（KAGRA）這樣的重力波探測器，存儲大量的光功率，並且使用幾對鏡子來增加沿著探測器巨大臂存儲的激光量，不過，如果每一對都有微小的失真，會將光線從完美的激光束中散射出去，會導致探測器中出現過多的噪音，從而限制靈敏度並使探測器離線。我們想測試一個想法，它可以讓我們放大激光束並尋找可能限制探測器靈敏度的小功率擺動。」

鍾士指出，電訊行業也遇到類似的問題，科學家正在研究使用多種本徵模將更多數據通過光纖傳輸的方法。電訊科學家開發出一種使用簡單設備測量本徵模式的方法，但它對我們的目的不夠敏感。我們想到使用超表面（一種超薄表面），具有以亞波長尺寸編碼的特殊圖案，並聯繫可以幫助我們製造的合作者。

該團隊開發的概念驗證裝置比電訊科學家開發的原始設備靈敏一千多倍，研究人員現在希望將這項工作轉化為重力波探測器。

西澳大學重力波發現卓越中心首席研究員趙春農副教授表示，這個發展是檢測和分析重力波攜帶的信息的又一步，使我們能夠以新的方式觀察宇宙。

趙春農說：「如果我們要了解中子星的內部，並以前所未有的方式進一步觀察宇宙，那麼解決未來重力波探測器中的模式感知問題至關重要。」

【圖、文：節譯自西澳大學2022年5月30日新聞公佈】研究全文刊登在2022年5月9日出版的 arXiv 論文預印本網站 ；標題是：Metasurface Enhanced Spatial Mode Decomposition