La rilevazione di onde gravitazionali richiede l'utilizzo di strumenti in grado di effettuare misurazioni ad alta precisione tramite l'utilizzo dell'interferometria laser. La natura dell'esperimento necessita di un continuo miglioramento della strumentazione e delle tecniche di misura per aumentare la sensibilità di interferometri come Advanced Virgo ed Advanced LIGO. In questa tesi si esplora il contributo di rumori di origine quantistica al segnale in output di un interferometro: shot noise e radiation pressure. Lo shot noise si origina dalla natura discreta dei singoli fotoni del laser utilizzato nell’interferometro, la cui fluttuazione quantistica, normalmente insignificante, viene rilevata dallo strumento. La radiation pressure è invece un rumore meccanico dovuto allo scambio di momento con gli specchi dell’interferometro quando il fascio vi interagisce. Per diminuire questo tipo di rumore si inietta nell'interferometro un fascio di luce non classico chiamato squeezed in cui la varianza di una delle quadrature è ridotta (“squeezata”) rispetto all’altra. In questo modo è possibile limitare l'effetto solo di uno dei due contributi di rumore quantistico a scapito dell’altro. Infatti si dimostra che una delle quadrature è responsabile dello shot noise mentre l’altra della radiation pressure noise. In questa tesi si discute una metodologia proposta, ed in parte già realizzata, di generare uno stato di luce squeezed in cui la varianza delle quadrature cambia in funzione della frequenza (frequency dependent squeezing). La rotazione ottimale dell'ellisse di squeezing è quella per cui si minimizza il rumore quantistico totale. Oltre ad una trattazione teorica sul metodo di ottimizzazione e sulla sua implementazione, vengono presentate delle simulazioni in cui si quantifica l’effetto delle possibili degradazioni dello stato squeezed e li si confronta con lo stato dell’arte sperimentale.

Sorgenti di luce squeezed dipendenti dalla frequenza per rivelatori di onde gravitazionali

VEDOVATO, ENRICO
2021/2022

Abstract

La rilevazione di onde gravitazionali richiede l'utilizzo di strumenti in grado di effettuare misurazioni ad alta precisione tramite l'utilizzo dell'interferometria laser. La natura dell'esperimento necessita di un continuo miglioramento della strumentazione e delle tecniche di misura per aumentare la sensibilità di interferometri come Advanced Virgo ed Advanced LIGO. In questa tesi si esplora il contributo di rumori di origine quantistica al segnale in output di un interferometro: shot noise e radiation pressure. Lo shot noise si origina dalla natura discreta dei singoli fotoni del laser utilizzato nell’interferometro, la cui fluttuazione quantistica, normalmente insignificante, viene rilevata dallo strumento. La radiation pressure è invece un rumore meccanico dovuto allo scambio di momento con gli specchi dell’interferometro quando il fascio vi interagisce. Per diminuire questo tipo di rumore si inietta nell'interferometro un fascio di luce non classico chiamato squeezed in cui la varianza di una delle quadrature è ridotta (“squeezata”) rispetto all’altra. In questo modo è possibile limitare l'effetto solo di uno dei due contributi di rumore quantistico a scapito dell’altro. Infatti si dimostra che una delle quadrature è responsabile dello shot noise mentre l’altra della radiation pressure noise. In questa tesi si discute una metodologia proposta, ed in parte già realizzata, di generare uno stato di luce squeezed in cui la varianza delle quadrature cambia in funzione della frequenza (frequency dependent squeezing). La rotazione ottimale dell'ellisse di squeezing è quella per cui si minimizza il rumore quantistico totale. Oltre ad una trattazione teorica sul metodo di ottimizzazione e sulla sua implementazione, vengono presentate delle simulazioni in cui si quantifica l’effetto delle possibili degradazioni dello stato squeezed e li si confronta con lo stato dell’arte sperimentale.
2021
Frequency dependent squeezed light sources for gravitational waves detectors
onde gravitazionali
ottica quantistica
luce squeezed
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/28582