创新背景

自2015年LIGO对一对碰撞黑洞产生的引力波进行开创性探测以来，该天文台与其欧洲合作伙伴设施处女座（Virgo）一起探测到数十种类似的宇宙隆隆声，这些隆隆声在空间和时间中发送时空纹波。

未来，随着LIGO天文台（一个位于华盛顿州汉福德，另一个位于路易斯安那州利文斯顿）越来越多的升级，这些设施有望探测到越来越多的这种极端宇宙事件。这些观测将有助于解决关于宇宙的基本谜题，比如黑洞是如何形成的，宇宙的成分是如何形成的。

提高天文台灵敏度的一个重要因素涉及仪器中心玻璃反射镜上的涂层。每块重达40公斤的镜子（在两个LIGO观测站的每个探测器上有4个）都涂有反射材料，本质上是把玻璃变成镜子。镜子反射对引力波敏感的激光束。

一般来说，反射镜越强，仪器就越灵敏，但有一个问题：使反射镜反射的涂层也会导致仪器的背景噪声，它会掩盖引力波信号。

创新过程

LIGO团队的一项新研究描述了一种由氧化钛和氧化锗制成的新型反射镜涂层，并概述了它如何将LIGO反射镜中的背景噪声降低两倍，从而将LIGO探测的空间体积增加8倍。

LIGO使用称为干涉仪的探测器检测时空纹波。在这种设置中，强大的激光束被分成两部分：每束光束沿着大型L形真空外壳的一个臂向4公里外的镜子传播。反射镜将激光束反射回它们起源的源头。当引力波经过时，它们将拉伸并挤压空间，几乎无法察觉但可检测到的量（远小于质子的宽度）。扰动改变了两束激光束到达源头的时间。

镜子本身的任何抖动，甚至是镜子涂层中原子的微观热振动，都会影响激光束到达的时间，并使得难以隔离引力波信号。
每当光线在两种不同的材料之间通过时，光的一小部分就会被反射。通过添加多层不同的材料，研究人员可以加强每个反射，使镜子反射率高达99.999%。

创新关键点

这项研究的关键点是，研究人员开发了一种新方法来更好地测试材料，他们现在可以在大约八个小时内测试新材料的性能，完全自动化，而以前需要将近一周的时间。这使他们能够通过尝试许多不同的材料和组合来探索元素周期表。最后，科学家们发现，由氧化钛和氧化锗组合制成的涂层材料耗散的能量最少（相当于减少热振动）。

创新价值

开发新涂层后，研究人员或许能将引力波的探测速率从每周一次提高到每天一次或更多。该研究可能在电信和半导体领域有未来的应用。

The new mirror coating will increase the volume of space that the LIGO observatory can detect

A new study by the LIGO team describes a novel mirror coating made of titanium oxide and germanium oxide and Outlines how it reduces the background noise in LIGO mirrors by a factor of two, thereby increasing the volume of space LIGO detects by a factor of eight.

LIGO detects space-time ripples using detectors called interferometers. In this setup, the powerful laser beam is split into two parts: each beam travels along an arm of a large L-shaped vacuum enclosure toward a mirror 4 kilometers away. Mirrors reflect laser beams back to the source from which they originated. As gravitational waves pass by, they stretch and squeeze space by almost imperceptible but detectable amounts (much smaller than the width of a proton). The perturbation changes the time at which the two laser beams arrive at the source.

Any jitter in the mirror itself, or even microscopic thermal vibrations of the atoms in the mirror coating, can affect the arrival time of the laser beam and make it difficult to isolate the gravitational wave signal.

Every time light passes between two different materials, a small portion of the light is reflected. By adding layers of different materials, the researchers were able to strengthen each reflection, making the mirror as reflective as 99.999%.