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Thèses

David Cohen "Étude des instabilités paramétriques optomécaniques pour le détecteur Advanced Virgo" (Pôle A2C)

Europe/Paris
IJCLab

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Description

Lien de connexion / Link :

https://ijclab.zoom.us/j/97228703838?pwd=TWxPanhTK0lBcGp1dU1vYVhvYWFlZz09

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Résumé :

Le 14 septembre 2015, la collaboration LIGO-Virgo fit  la  première détection directe  d'une onde gravitationnelle, produite par  la fusion de deux trous noirs. Cette détection a  confirmé  l'existence des trous noirs et a permis de prouver  celle des ondes gravitationnelles. Cela a nécessité de détecter  un signal extrêmement  faible -une amplitude relative de l'ordre de W-22 Hz-1. Une telle prouesse a été rendue possible grâce à l'amélioration  continue de la sensibilité des détecteurs pendant  plus d'une décennie. Augmenter la puissance  du laser entrant dans l'interféromètre est une possibilité  pour améliorer  en­core plus la sensibilité, parce cela diminue l'importance relative du bruit quantique du laser à haute  fréquence. Cependant, des instabilités paramétriques optomé­caniques  limitent l'augmentation de la puissance  op­tique.

Cette thèse  présente  les simulations que  nous avons effectuées de ces instabilités.  Nous avons calculé le gain paramétrique de chaque  mode mécanique  des quatre miroirs suspendus des cavités  des bras  kilométriques d'Advanced Virgo pendant la prise de données 03 (04/2019--û3/2020). Ce calcul met en jeu les modes mécaniques  des miroirs  ainsi que les modes optiques des cavités de bras.  Nous montrons l'influence sur les modes optiques et les gains paramétriques de la taille finie des miroirs,  ainsi  que  de la  déformation due  à l'absorption thermique du laser dans  les miroirs.  En­ fin, cette thèse donne également  une prédiction sur les modes mécaniques qui seront potentiellement  instables dans  la configuration d'Advanced Virgo  pendant la prochaine prise de données  04 qui devrait démarrer mi-2022.

Abstract :

On  14 September 2015, the  LIGO-Virgo collaboration performed the very first direct  detection of a gravitational wave, emitted from a binary  black hole merger. This detection demonstrated the existence of black holes and  that of the  gravitational waves. It required  to detect  an exceptionally weak signal -the order  of 10-21 mHz-112  in terrns of strain amplitude. This tour de force was made possible thanks to several detector upgrades for over a decade. Increasing the laser power is a way to improve the sensi­tivity of interferometrie gravitational wave detectors for it reduces even more the relative quantum  shot noise at high frequency.  However, optomechanical parametric instabilities can set a limit to that  power.

This thesis presents  the simulations that  we have per­ formed  to  compute the  parametric gain  of each  me­ chanical  mode of the four suspended 3km-arm-cavity mirrors  of Advanced Virgo during  the  Observing  run 03 {04/2019--03/2020). We study  the influence of mir­ ror finite aize effects, and deformation due  to thermal absorption,  on optical modes and parametric  gains. Fi­ nally, this thesis also gives a prediction on the potential unstable mechanical  modes in Advanced  Virgo's con­ figuration  during the next Observing run 04, which is expected  to start in mid-2022.

Organisé par

Membres du jury :
- M. ARNAUD Nicolas (CNRS CR Université Paris-Saclay) co-Direction de thèse
- M. JACQMIN Thibaut ( Maître de conférences Sorbonne Université ) co-Direction de thèse
- M. MAJORANA Ettore (Professor Sapienza Università di Roma) Rapporteur
- Mme MARION Frédérique (CNRS Directrice de recherche Université Savoie Mont Blanc) Rapporteur
- Mme HENROT-VERSILLé Sophie ( CNRS Directrice de recherche Université Paris-Saclay) Examinateur
- M. DEGALLAIX Jérôme ( CNRS Chargé de recherche Université de Lyon I UCBL ) Examinateur
- Mme KAZAMIAS Sophie ( Professeure Université Paris-Saclay ) Examinateur