Jeigu jau LIGO griovių kasimui ir vakuuminių vamzdžių gaminimui reikėjo GPS ir puikaus inžinerinio mąstymo, tai su lazeriais iš artimiausio prekybos centro irgi negalėjo būti apsieita…

Į LIGO interferometrą patenkantis 200 W galios spindulys kelionę pradeda lazeriniame diode, kuris, naudodamas elektrą, sukuria 4 W galios, 808 nm bangos ilgio artimojo infraraudonojo spektro spindulį. Nors lazeriniai diodai yra paplitę ir naudojami tokiuose kasdieniškuose įrenginiuose, kaip lazerinės rodyklės, LIGO 4 W galios lazeris yra 800 kartų galingesnis už įprastai gulinčias kanceliarinių prekių skyriaus lentynose rodykles. Šis spindulys iš pradžių nukreipiamas į nago dydžio dirbtinį granato kristalą, kuriame cirkuliuodamas, spindulys stimuliuoja 2 W galios, 1064 nm bangos ilgio spindulio emisiją. Šis kristalinis lazerio šviesą skleidžiantis įrenginys vadinamas neplanariniu žiediniu osciliatoriumi (Non-Planar Ring Oscillator – NPRO), o gautas 2 W spindulys vadinamas „sėklos“ spinduliu, nes paskui jis išauga į daug galingesnį lazerio spindulį.

Nors LIGO lazeris sukuria reikalingas 1064 nm (280 Ghz) bangas, kad būtų galima jas naudoti interferometre, jos turi būti sustiprintos 100 kartų. Tam 2 vatų pradinis spindulys dviem stadijomis sustiprinamas kone iki 200 W.

Pirmojoje stiprinimo stadijoje, pradinis spindulys keliauja per keturis plonus stiprintuvo strypus, pradedančius galios didinimo procesą. Į stiklą panašios medžiagos iš neodimio, itrio, ličio ir fluoro pagaminti strypai yra maždaug pieštuko šerdelės dydžio: 3 mm skersmens ir 5 cm ilgio.

Kad stiprintų pradinį spindulį, kiekvieno strypo molekulėms suteikiama energijos, apšviečiant 808 nm lazeriu. Kai pradinis spinduly sklinda strypu, jo molekulės reaguoja, skleisdamos tokio paties – 1064 nm – bangos ilgio ir tokios pat fazės fotonus, kaip ir pradinis spindulys. Šie nauji 1064 nm fotonai drauge su pradinio spindulio fotonais keliauja ta pačia kryptimi. Šis galingesnis spindulys keliauja į antrąjį strypelį, kuriame vėl vyksta stiprinimas, tada į trečią ir į ketvirtą.

Per visus keturis strypelius perėjusio pradinio spindulio galia jau būna išaugusi nuo 2 W iki 35 W, o bangos ilgis lieka 1064 nm. Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduotas pradinio spindulio kelias per 4 strypus.

Galutinė galios stiprinimo fazė vyksta kitame keturių strypų įrenginyje, didelės galios osciliatoriuje (high power oscillator – HPO). Šiame stiprintuve naudojami dar keturi stiprinimo strypai, maždaug tokio pat dydžio, kaip ir MOPA , tačiau pagaminti iš kitokios medžiagos. Sklisdamas per šiuos strypelius, visai kaip ir MOPA atveju, spindulys sustiprinamas lazerio šviesa, tiekiama žiedo forma sudėtomis optinio kabelio gijomis, o jų skersmuo – vos 3 mm.

Kiekviena gija sklinda 45 W lazerio galios, tad kiekvienas pluoštas teikia 315 W į kiekvieną strypelį, taip parengdamas jį spinduliuoti daugiau ir daugiau lazerio šviesos. Iš HPO sklindantis spindulys jau būna pasiekęs reikiamą 200 W galią. Šio įrenginio sudėtingumas pavaizduotas paveikslėlyje.

Dažnio ir galios stabilumas

Nepaisant pradinio spindulio švarumo ir stabilumo, iš HPO jis sklinda nepakankamai stabilus, kad būtų galima naudoti. LIGO lazeris turi būti 100 milijonų kartų stabilesnis už „įgimtąjį“. Kad būtų pasiektas šis neregėtas stabilumo lygis, prieš spinduliui patenkant į interferometrus, natūralios jo dažnio variacijos (t.y. negebėjimas nuolat skleisti vienos spalvos šviesą) ir galios fluktuacijos mechaniškai sumažinamos ~100 milijonų kartų atgalinio poveikio mechanizmais. Visas šis procesas primena sudėtingiausio pasaulyje pianino derinimą.

Galios fluktuacijos taip pat mažinamos atgalinio ryšio kontrole, fotojutikliais reaguojančia galios kitimus..

www.ligo.caltech.edu

Komentarai (1)