Una linea laser a 1550 nm per la misura di proprietà di diffusione della luce per Einstein Telescope

Stray light is a significant source of noise in laser interferometric gravitational-wave detectors such as LIGO, Virgo, and the upcoming Einstein Telescope. Minimizing its generation and its recoupling with the main beam is essential to improve detector sensitivity. This requires characterization of the light scattering properties of materials, coatings, and optical components at the specific wavelength in use. While LIGO and Virgo employ lasers at 1064 nm and 532 nm, the low-frequency interferometer of the Einstein Telescope is expected to operate at 1550 nm. At the DFA and INFN of Padova, an experimental facility is already operational for scattering measurements at the LIGO and Virgo wavelengths. To support research relevant to the Einstein Telescope, this facility needs to be extended to include the new wavelength. This thesis presents the design, implementation, and characterization of a new 1550 nm laser line, as well as its integration into the existing setup. A lens system is developed to enable tunable beam spot sizes on the sample. A precise and automated power control system is implemented using polarization-based techniques. Beam modulation combined with lock-in amplification is employed to suppress background noise and enhance sensitivity. Finally, measurements on a reference sample confirm the expected behavior, demonstrating that the facility is now capable of characterizing materials and coatings relevant to the Einstein Telescope.

La luce diffusa rappresenta una significativa fonte di rumore nei rivelatori interferometrici di onde gravitazionali, come LIGO, Virgo e il futuro Einstein Telescope. Ridurne la generazione e la ricombinazione con il fascio principale è essenziale per migliorare la sensibilità del rivelatore. Ciò richiede la caratterizzazione delle proprietà di diffusione della luce di materiali, rivestimenti e componenti ottici alla specifica lunghezza d'onda utilizzata. Mentre LIGO e Virgo utilizzano laser a 1064 nm e 532 nm, l'interferometro a bassa frequenza di Einstein Telescope opererà probabilmente a 1550 nm. Presso il DFA e l'INFN di Padova è già operativo un apparato di misura della diffusione della luce alle lunghezze d'onda impiegate da LIGO e Virgo. Per contribuire alla ricerca relativa ad Einstein Telescope, tale apparato deve essere esteso per consentire misure alla nuova lunghezza d'onda. In questa tesi si presenta la progettazione, la costruzione e la caratterizzazione di una nuova linea laser a 1550 nm, nonché la sua integrazione nell'apparato esistente. Un sistema di lenti è sviluppato per consentire la regolazione della dimensione del fascio incidente sul campione. La polarizzazione della luce viene sfruttata per variare la potenza del fascio in modo preciso e automatizzato. La modulazione del fascio combinata con l'amplificazione lock-in è impiegata per ridurre il rumore di fondo e migliorare la sensibilità. Infine, l'analisi di un campione di riferimento mostra il comportamento atteso, dimostrando che l'apparato è ora in grado di caratterizzare materiali e rivestimenti di interesse per Einstein Telescope.