Doctorant ou Doctorante (H/F) - Interférométrie à haute sensibilité pour le développement de revêtement

Sujet de thèse :
La première détection d’ondes gravitationnelles issues de la coalescence de trous noirs annoncée par la collaboration LIGO-Virgo en 2016 a permis d’ouvrir le domaine de l’astronomie gravitationnelle. La première détection d’une onde gravitationnelle issue de la coalescence de deux étoiles à neutrons en coïncidence avec un sursaut gamma a ouvert la voie de l’astronomie multi-messager. Depuis, presque 400 évènements ont été détectés par les détecteurs LIGO et Virgo. Ces résultats ont été récompensés par plusieurs prix parmi lesquels le prix Nobel de Physique en 2017. Le détecteur Virgo est basé sur un interféromètre laser de type Michelson ayant des bras de trois kilomètres de long. Le passage d’une onde gravitationnelle produit un changement différentiel de la longueur des bras qui se traduit par un signal lumineux à la sortie de l’interféromètre. Afin d’augmenter la distance à laquelle ces évènements sont observables, la sensibilité des détecteurs doit être améliorée. Dans la région de fréquences où le détecteur est le plus sensible, autour de 100 Hz, la limitation principale vient du bruit thermique des miroirs qui composent l’interféromètre. En particulier, c’est la dissipation mécanique dans les traitements réfléchissants (‘coatings’) qui est la source du bruit thermique. Pour cette raison la communauté des chercheurs travaillant sur la détection des ondes gravitationnelles, recherche des traitements ayant un plus faible bruit thermique. Un axe de recherche consiste à remplacer les coatings composés de matériaux diélectriques amorphes par des coatings monocristallins basés sur des matériaux III-V du type de ceux utilisés pour l’électronique. Afin d’être utilisables, ces matériaux doivent aussi avoir d’excellentes propriétés optiques.
Dans ce cadre, le groupe Virgo du LAPP coordonne un projet visant à développer des coatings basés sur des multicouches de type GaAs/AlGaAs. Le projet, financé par l’ANR, se fait en collaboration avec le CEA à Grenoble, le LMA à Lyon et deux entreprises en région parisienne. Le rôle du LAPP est de développer un banc optique capable de mesurer le bruit thermique de ces coatings afin de guider leur développement. La mesure est basée sur une cavité optique à très haute finesse dont un des miroirs est réalisé avec le traitement réfléchissant dont on veut mesurer le bruit thermique. La cavité doit être illuminée avec un faisceau laser dont la fréquence est modulée de façon à exciter plusieurs modes de la cavité en même temps. La mesure de la variation des fréquences de résonance de ces modes permet de déduire le bruit thermique à mesurer. La technologie d'interférométrie utilisée est similaire celle utilisée dans le cadre du projet Virgo. La difficulté réside dans la faible amplitude du bruit thermique qui nécessite un banc ayant une très haute sensibilité, capable de mesurer le bruit thermique sans être limité par les bruits d’environnement et du lase
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