Automatische Ausrichtung mit Methoden maschinellen Lernens

GEO600 war der erste Gravitationswellen-Detektor, der Strahlzentrierung mittels Wellenfrontsensoren nutzte, und der erste, der die besondere Ausrichtungsgeometrie von Dreispiegel-Modenfiltern beschrieb.

Die Strahlzentrierung mittels Wellenfrontsensoren wird von Advanced LIGO verwendet und war ein entscheidender Schritt für die Stabilität bei der Implementierung im Jahr 2014. Virgo verwendet dieses Verfahren ebenfalls.

Der LIGO-Hanford-Detektor experimentierte mit der Verwendung von Signalen am dunklen Detektorausgang für die Strahlzentrierung der Michelson-Ausrichtung zur Erhöhung der Stabilität. Diese Technik wurde bei GEO600 erfunden und erstmals dort demonstriert, um das Ausleseverfahren stabiler zu machen.

Insgesamt werden 260 Regelkreise benötigt, um die GEO600-Spiegel zum Messpunkt zu bewegen, sie dort zu halten und externe Vibrationen des Systems zu dämpfen.

Im Jahr 2023 haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und der Leibniz Universität Hannover bei GEO600 erstmals erfolgreich eine auf neuronalen Netzen basierende Ausrichtungssensorik und -steuerung in einem Gravitationswellen-Detektor realisiert. Diese Demonstration war ein richtungsweisender erster Schritt in Richtung einer allgemeineren, auf maschinellem Lernen basierenden Steuerung in Gravitationswellen-Observatorien der derzeitigen und nächsten Generationen.

Relevante Veröffentlichungen

Mukund, N.; Lough, J.; Bisht, A.; Wittel, H.; Nadji, S. L.; Affeldt, C.; Bergamin, F.; Brinkmann, M.; Kringel, V.; Lück, H. et al.; Weinert, M.; Danzmann, K.: Neural sensing and control in a kilometer-scale gravitational-wave observatory. Physical Review Applied 20 (6), 064041 (2023)
Grote, H.; LIGO Scientific Collaboration: The GEO600 Status. Classical and Quantum Gravity 27 (8), 084003 (2010)
Grote, H.; Heinzel, G.; Freise, A.; Gossler, S.; Willke, B.; Lück, H.; Ward, H.; Casey, M. M.; Strain, K. A.; Robertson, D. et al.; Hough, J.; Danzmann, K.: Automatic beam alignment for the modecleaner cavities of GEO 600. Applied Optics - LPE 43 (9), S. 1938 - 1945 (2004)
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