Mata Air Optik yang Ditingkatkan Kerr untuk Detektor Gelombang Gravitasi Generasi Berikutnya

by admin
5 minutes read
SciTechDaily

Metode pegas optik Kerr yang disempurnakan meningkatkan deteksi gelombang gravitasi, menawarkan wawasan baru mengenai fenomena kosmik dan struktur bintang neutron. Kredit: SciTechDaily.com

Pengembangan mata air optik Kerr yang disempurnakan oleh Tokyo Tech secara signifikan meningkatkan sensitivitas detektor gelombang gravitasi, memungkinkan deteksi peristiwa kosmik yang lebih baik dan meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta.

Deteksi gelombang gravitasi berdiri sebagai salah satu pencapaian paling signifikan dalam fisika modern. Pada tahun 2017, gelombang gravitasi dari penggabungan biner bintang neutron terdeteksi untuk pertama kalinya dan mengungkap informasi penting tentang alam semesta kita, mulai dari asal usul semburan sinar gamma pendek hingga pembentukan unsur-unsur berat.

Namun, pendeteksian gelombang gravitasi yang muncul dari sisa-sisa pasca-penggabungan masih sulit dilakukan karena rentang frekuensinya berada di luar jangkauan detektor gelombang gravitasi (GWD) modern. Gelombang yang sulit dipahami ini memberikan wawasan penting tentang struktur internal bintang neutron, dan karena gelombang ini dapat diamati setiap beberapa dekade sekali oleh GWD modern, terdapat kebutuhan mendesak untuk GWD generasi berikutnya.

Pegas optik yang disempurnakan dengan Kerr menunjukkan non-linearitas yang dapat disetel, menghadirkan aplikasi potensial untuk meningkatkan sensitivitas GWD dan dalam berbagai sistem optomekanis. Kredit: Tokyo Tech

Meningkatkan Sensitivitas GWD Dengan Pegas Optik

Salah satu cara untuk meningkatkan sensitivitas GWD adalah penguatan sinyal menggunakan pegas optik. Pegas optik, tidak seperti pegas mekanis, memanfaatkan gaya tekanan radiasi dari cahaya untuk meniru perilaku seperti pegas. Kekakuan pegas optik, seperti pada GWD, ditentukan oleh kekuatan cahaya di dalam rongga optik. Oleh karena itu, meningkatkan frekuensi resonansi pegas optik memerlukan peningkatan daya cahaya intracavity yang, bagaimanapun, dapat mengakibatkan efek berbahaya secara termal dan mencegah detektor bekerja dengan baik.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti dari Jepang, dipimpin oleh Associate Professor Kentaro Somiya dan Dr. Sotatsu Otabe dari Departemen Fisika di Tokyo Tech, mengembangkan solusi inovatif: pegas optik yang disempurnakan dengan Kerr.

“Metode yang menjanjikan untuk meningkatkan dampak pegas optik tanpa meningkatkan daya intracavity adalah amplifikasi sinyal intracavity. Teknik ini meningkatkan rasio amplifikasi sinyal rongga dengan menggunakan efek optik non-linier dan meningkatkan konstanta pegas optik. Penelitian kami mengungkapkan bahwa efek optik Kerr adalah pendekatan yang menjanjikan untuk keberhasilan penggunaan teknik ini,” jelas Prof. Somiya.

Temuan mereka dipublikasikan di jurnal Surat Tinjauan Fisik. Selain itu, surat ini telah dipilih sebagai Saran Editor, sebuah pengakuan mingguan yang bertujuan untuk mempromosikan keterlibatan interdisipliner.

Pendekatan Inovatif dan Implikasinya

Desain inovatif ini melibatkan menghasilkan efek amplifikasi sinyal intracavity dalam rongga optomekanis tipe Fabry-Perot dengan memasukkan media Kerr. Media Kerr menginduksi efek Kerr optik di dalam rongga, di mana bidang optik mengubah indeks bias medium. Hal ini menimbulkan gradien gaya tekanan radiasi yang drastis di dalam rongga, meningkatkan konstanta pegas optik tanpa meningkatkan daya intrakavitas.

Eksperimen mengungkapkan bahwa efek Kerr optik berhasil meningkatkan konstanta pegas optik sebesar 1,6 kali. Frekuensi resonansi pegas optik ditingkatkan dari 53 Hz menjadi 67 Hz. Para peneliti mengantisipasi rasio amplifikasi sinyal yang lebih besar dengan penyempurnaan masalah teknis.

“Desain yang diusulkan mudah diimplementasikan dan memberikan parameter baru yang dapat disesuaikan untuk sistem optomekanis. Kami percaya bahwa teknik yang ditunjukkan akan memainkan peran kunci tidak hanya dalam GWD tetapi juga dalam sistem optomekanis lainnya, seperti dalam mendinginkan osilator makroskopis ke keadaan dasar kuantumnya,” kata Dr. Otabe, menekankan pentingnya penelitian ini.

Secara keseluruhan, desain pegas optik baru ini mewakili langkah signifikan dalam memanfaatkan potensi penuh sistem optomekanis serta peningkatan GWD yang mampu mengungkap misteri alam semesta kita.

Referensi: “Pegas Optik yang Ditingkatkan Kerr” oleh Sotatsu Otabe, Wataru Usukura, Kaido Suzuki, Kentaro Komori, Yuta Michimura, Ken-ichi Harada dan Kentaro Somiya, 4 April 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.143602

related posts