精密测量中的光学涂层及热噪声

光照射在光学涂层后，在被完全的反射之前，有部分波长的光穿透进光学涂层中，产生热噪声以及其他热效应，会极大地影响精密光学测量。近年来，光学涂层产生热噪声受到越来越多的关注，如何克服高精度测量中由于热噪声引起灵敏度的降低对实验物理学家提出了挑战。

本书讲述了光学涂层产生热噪声的最新理论和实验，以及光学涂层热噪声对最新精密测量方法灵敏度限制的原因，部分章节特别介绍了引力波探测、精确计时、通过光学谐振腔稳定的高精密激光、量子光学/量子光力学和谐振腔量子电动力学领域中光涂层热噪声的研究现状。本书共分17章：1.光学镜热噪声理论，介绍了光学镜热噪声的基本理论以及标准量子限制；2.光学涂层的主要制备方法、基底以及材料；3.介绍了各种光学镜热噪声；4.涂层热噪声产生原理、计算方法和消减方法，以及涂层机械损失影响因素、基本理论和消失机制；5.涂层热噪声直接测量方法和具体实验；6.降低热噪声的方法；7.不同基底产生的热噪声和基底机械损失源，并对精密实验中镜面基底的设计选择进行了分析；8.温度引起镜面热噪声原理，讨论了降低热噪声的低温处理设计方法和具体实验；9.涂层材料热波动引起反射相位变化导致的热光噪声；10.高性能涂层的光吸收性以及测量技术，讨论了热偏差对于精密测量的影响，以及一些降低光吸收的方法；11.高性能涂层的光散射研究现状，同时概览了压缩光和衍射光研究现状；12.降低高反射镜面涂层布朗噪声的设计原则，包括反射率和厚度的优化；13.光束整形，综述了降低镜面热噪声和其他热效应的光束整形方法最新研究进展；14.引力波及其光干涉探测器，以及涂层热噪声对引力波探测的影响；15.热噪声对于通过光学谐振腔稳定的高精密激光的影响，并介绍了高精密激光应用实例原子钟；16.谐振腔量子光力学原理，讲述了带有涂层的量子光力学前景和论证实验，介绍了进行谐振腔量子光力学实验所需低噪声涂层的必备机械特性；17.谐振腔量子电动力学实验和存在的主要问题，分析了散射、光吸收和机械损失对于实验的影响，并指出改进的可能性。

本书经过国际知名专家和工程师的指正，介绍了反射镜和基底的热噪声的理论，介绍了精密测量中使用的沉积涂层和最新绝缘涂层技术，同时涵盖了降低涂层热噪声的应用实例和实现措施。本书提供了相关问题的完整的数学推导，避免了特定领域的专业术语，使其成为现代光学领域各种背景读者的宝贵资源。

作者Gregory Harry有超过15年的引力波探测领域工作经验，是涂层热噪声研究的先驱之一，目前是激光干涉引力波天文台（LIGO）的光学主席和涂层认知科学家、美国华盛顿大学教授。

杜利东，助理研究员

（中国科学院电子学研究所）