研究人員已經開發出一種新型的可變形反射鏡，可以提高地面重力波探測器的靈敏度，例如先進的雷射幹涉儀重力波天文臺（LIGO）。先進的LIGO可以測量由引力波引起的時空微弱的波動，這種波動是由諸如黑洞或中子星碰撞之類的事件引起的。
「除了改進當今的重力波探測器外，這些新型反射鏡還將有助於提高下一代探測器的靈敏度，並允許探測新的重力波源，」 澳大利亞引力波發現卓越中心（OzGrav）、阿德萊德大學分校的研究小組負責人惠·湯·曹（Huy Tuong Cao）說。
用於成形和控制雷射的可變形反射鏡的表面由微小的反射鏡組成，每個反射鏡均可移動或驅動，以改變反射鏡的整體形狀。正如光學學會（OSA）雜誌《Applied Optics》中詳細介紹的那樣，曹及其同事首次基於雙金屬效應製作了可變形反射鏡，其中使用溫度變化來實現機械位移。
曹說：「我們的新反光鏡可提供很大的致動範圍，且精度很高。設計的簡單性意味著它可以將市售的光學器件變成可變形的反射鏡，而無需任何複雜或昂貴的設備。這對於需要精確控制光束形狀的任何系統都非常有用。」
LIGO的Cao和Aidan Brooks構思了這項新技術，這是阿德萊德大學和LIGO實驗室之間的訪問者計劃的一部分，該計劃由澳大利亞研究委員會和國家科學基金會資助。
地面重力波探測器使用雷射在幹涉儀的兩個臂之間來回移動，以監視每個臂末端的反射鏡之間的距離。引力波會導致反射鏡之間的距離發生輕微但可檢測的變化。要檢測到這種微小變化，就需要極其精確的雷射束控制和整形，這是通過可變形鏡實現的。曹說：「我們已經達到了提高重力波探測器靈敏度所需的精度，這超出了用於製造可變形反射鏡的製造技術所能達到的精度。」
大多數可變形鏡使用薄鏡引起大量的驅動，但是這些薄鏡會產生不希望的散射，因為它們很難拋光。研究人員通過將一塊金屬附著在玻璃鏡上，利用雙金屬效應設計了一種新型的可變形鏡。當兩者一起加熱時，金屬會比玻璃膨脹得更多，從而導致鏡子彎曲。
新設計不僅可以產生大量的精確致動，而且結構緊湊，並且只需對現有系統進行最少的改動即可。用於製造可變形鏡的熔融石英鏡和鋁板均可商業購買。為了連接這兩層，研究人員精心選擇了一種粘合劑，可以最大程度地提高驅動力。重要的是，新設計的雷射束通過的光學表面更少，這減少了由塗層的散射或吸收引起的光損失。
創建高精度鏡面需要精密的表徵技術。研究人員開發並建造了高度靈敏的Hartmann波前傳感器，以測量反射鏡的變形如何改變雷射的形狀。
曹說：「該傳感器對我們的實驗至關重要，還用於重力探測器中，以測量幹涉儀核心光學器件的微小變化。我們用它來表徵反射鏡的性能，發現反射鏡非常穩定，並且對溫度變化具有非常線性的響應。」
測試還表明，粘合劑是反光鏡驅動範圍的主要限制因素。研究人員目前正在努力克服由膠粘劑引起的局限性，並將在將反光鏡集成到高級LIGO中之前進行更多測試，以驗證其兼容性。
論文標題為《High dynamic range thermally actuated bimorph mirror for gravitational wave detectors》。