Heterodyne laser interferometers for the dimensional control of large ring-lasers

Il presente lavoro riporta il progetto, l’implementazione e la caratterizzazione di un interferometro laser a eterodina per applicazioni metrologiche sub-nanometriche. Le analisi e l’attività sperimentale legate a questa tesi fanno parte di uno studio più ampio, indirizzato alla realizzazione di un sistema di metrologia esterna per l’impiego su estese strutture opto-meccaniche. L’obiettivo è il controllo della geometria tridimensionale di un insieme di grandi giroscopi laser, destinato a futuri esperimenti nell’ambito della Relatività Generale. Il massimo livello di incertezza dimensionale tollerabile corrisponde a 10^-11 m, che va raggiunto su distanze operative di 7m e mantenuto per periodi di diversi giorni. La soluzione proposta consiste in una configurazione MachZehnder non polarizzante, che include un circuito ottico di annullamento e un peculiare specchio forato. Lo schema permette l’interrogazione della distanza di interesse tramite il posizionamento dello strumento fra i due punti fiduciari che la definiscono. Si descrivono qui il principio di funzionamento alla base del sistema, il metodo di estrapolazione della fase e tutta la strumentazione utilizzata per l’esperimento. Le diverse sorgenti di errore sono trattate analiticamente e, ove possibile, identificate sperimentalmente. Lo strumento di misura realizzato è stato testato con sessioni di acquisizione lunghe fino a 300min, mostrando prestazioni a livello del nanometro per frequenze decrescenti fino a 100mHz. Variazioni nell’indice di rifrazione dell’aria e instabilità meccaniche sono ad ora i principali fattori che limitano le prestazioni del sistema alle basse frequenze. L’esperimento ha messo in luce diverse problematiche tecniche, che costituiranno un prezioso bagaglio di esperienze, utile per il futuro avanzamento dell’attività di ricerca.