kerr增强的光学弹簧方法增强了引力波探测，为宇宙现象和中子星结构提供了新的见解。来源:SciTechDaily.com

　　东京工业大学开发的克尔增强型光学弹簧显著提高了重力Nal波探测器的灵敏度，使我们能够更好地探测宇宙事件，推进我们对宇宙的理解。

　　引力波的探测是现代物理学中最重要的成就之一。2017年，双中子星合并产生的引力波首次被探测到，揭示了关于我们宇宙的关键信息，从短伽马射线暴的起源到重元素的形成。

　　然而，探测合并后残留物产生的引力波仍然难以捉摸，因为它们的频率范围超出了现代引力波探测器(gwd)的范围。这些难以捉摸的波对中子星的内部结构有重要的见解，而且由于这些波每隔几十年就可以被现代gwd观测到一次，因此迫切需要下一代gwd。

　　克尔增强型光学弹簧具有可调的非线性，在提高GWD灵敏度和各种光学机械系统中具有潜在的应用前景。图片来源:东京工业大学

　　用光学弹簧提高GWD灵敏度

　　提高gwd灵敏度的一种方法是使用光学弹簧进行信号放大。光学弹簧与机械弹簧不同，它利用光的辐射压力来模拟弹簧的行为。光学弹簧的刚度，例如gwd，是由光学腔内的光功率决定的。因此，提高光学弹簧的谐振频率需要增加腔内光功率，然而，这可能导致热有害效应，并使探测器无法正常工作。

　　为了解决这个问题，来自日本的一组研究人员，由东京工业大学物理系的副教授Kentaro Somiya和Sotatsu Otabe博士领导，开发了一个开创性的解决方案:kerr增强光学弹簧。

　　“在不增加腔内功率的情况下增强光学弹簧影响的一种有前途的方法是腔内信号放大。该技术利用非线性光学效应提高了腔体的信号放大比，提高了光学弹簧常数。我们的研究表明，光学克尔效应是成功利用该技术的一种很有前途的方法，”Somiya教授解释说。

　　他们的研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。此外，这封信还被选为编辑建议，这是一个旨在促进跨学科参与的每周认可。

　　创新方法及其启示

　　这一突破性的设计涉及通过插入Kerr介质在Fabry-Perot型光机械腔中产生腔内信号放大效应。克尔介质在腔内产生光学克尔效应，即光场改变介质的折射率。这在腔内引入了一个剧烈的辐射压力梯度，在不增加腔内功率的情况下提高了光学弹簧常数。

　　实验表明，光学克尔效应成功地将光学弹簧常数提高了1.6倍。光学弹簧的谐振频率由53 Hz提高到67 Hz。研究人员预计，随着技术问题的改进，信号放大比将会更大。

　　“所提出的设计易于实现，并为光机械系统提供了一种新的可调参数。我们相信，所展示的技术不仅将在gwd中发挥关键作用，而且还将在其他光力学系统中发挥关键作用，例如将宏观振荡器冷却到量子基态，”Otabe博士强调了这项研究的重要性。

　　总的来说，这种新颖的光学弹簧设计代表了利用光机械系统的全部潜力以及能够解开我们宇宙奥秘的增强gwd的重要一步。

　　参考文献:“kerr增强型光学弹簧”，作者:Sotatsu Otabe, Wataru Usukura, Kaido Suzuki, Kentaro Komori, Yuta Michimura, kenichi Harada and Kentaro Somiya, 2024年4月4日，Physical Review Letters。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.132.143602