L'interféromètre Virgo :<br />propriétés optiques, stabilisation en fréquence du laser

Description

An interferometer with suspended mirrors converts gravitational waves, space-time metric perturbations, in photon time of flight variations between two inertial masses at rest.
I describe the laser frequency stabilization setup to measure these time of flight variations. The obtained relative stability, in-loop, is 1e-21 on a 100 ms timescale. I show that the specifications are met. I study the stability conditions for a system with multiple servo loops.
The Virgo optical resonant cavities are the elementary bricks to convert a gravitational wave. I study the properties of a Fabry-Perot cavity. I show how the properties can be measured in situ with the transfer function used to lock the cavity. Fabry-Perot cavities are reference oscillators. I list the possible perturbations that perturb the phase stability.

Abstract (French)

Un interféromètre à miroirs suspendus convertit les ondes gravitationnelles, perturbations de la géométrie de l'espace temps, en une variation de temps de vol d'aller-retour de photons entre deux masses inertielles au repos.
J'ai réalisé l'asservissement en fréquence du laser pour mesurer ces variations de temps de vol. La stabilité relative de fréquence en boucle du laser est de 1e-21 sur 100 ms ; je montre que le système obtenu respecte les spécifications. J'étudie dans le mémoire les propriétés d'un système où les boucles d'asservissements sont imbriquées.
Les cavités optiques résonnantes de l'interféromètre Virgo sont les éléments essentiels de la conversion d'une onde gravitationnelle. J'étudie l'ensemble des propriétés d'un oscillateur Fabry-Perot. Je montre comment elles peuvent être évaluées in situ à partir de mesures des fonctions de transfert utilisées pour leur verrouillage. Les cavités Fabry-Perot sont les oscillateurs de référence. Je fais un état des lieux de l'ensemble des perturbations susceptibles de perturber la stabilité de phase.

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