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  Richardson Lab Experimental Log, Page 5 of 11  Not logged in ELOG logo
Entry  Sun Mar 23 15:39:06 2025, Luke Johnson, Update, Scripts/Programs, Ringheater Location optimization _4-4.png_40.png02.pngHOM_power.svg
Attached are some plots that show a new parameter sweep with a finer mesh then before. I have also been able to get a heatmap of power of HOMs in a very
simple finesse model. 
Entry  Mon Mar 31 11:26:45 2025, Luke Johnson, Update, Scripts/Programs, Heatmaps of power delivery performance  temp_required.pngefficiency.png
These plots show the required temperature to release 100W of power and the efficiency of a particular configuration with half-width w and distance away
from the barrel z. I want to add to these heat maps a limit line that has restricts the proximity of the reflectors from the barrel. 
Entry  Tue Apr 8 12:15:59 2025, Luke , Update, Scripts/Programs, Updated optimization plot HOM_scattering_w__nominal_and_min.png
 
Entry  Tue Jun 27 14:04:42 2023, Sophia A. , Update, Measuring Noise in Interferometer, Interferometer set up and connection to red pitaya IMG_6756.jpgIMG_6754.jpgIMG_6755.jpg
Today we (Sophia and Tyler) constructed the set-up for the electrical noise calculation that I will be conducting this summer. I have included images of
the setup below. Our system is effectively a green laser, that feeds into a type of polarizer, then into a beam splitter which sends the laser light down
two arms into detectors. We started by connecting the detectors to an oscilloscope to determine whether the signal will exceed 1V, as the red pitaya (our
Entry  Wed Aug 17 16:04:30 2022, Phoebe Zyla, Summary, Lore, Testing the Cartridge Heater and Collecting FLIR Data Screenshot_(74).pngScreenshot_(75).pngScreenshot_from_2022-08-15_11-24-40.pngAcquisitionImage(Aug-15-2022_14_16).jpg
We have tested the heater to find emissivity, mounted the heater system to the optical table, and have taken irradiance maps of the heater projected
onto the screen. 

The heater's emissivity was determined by using a thermocouple in conjunction with the FLIR's temperature calibration. To attach
the thermocouple to the heater initially, I used Kapton tape and ran both the wires of the heater and the thermocouple through the heater bridge. This
Entry  Tue Nov 21 14:47:24 2023, Tyler, Update, Lore, 1129 Workbench Assembly Update 1 IMG_7569.jpgIMG_7568.jpg

[Tyler, Shane, Mohak, Cynthia, Luke, Michael, Luis]


Started assembly of the workbench equipment today. We completed the stools, and have constructed the frames of each workbench. All that needs to
be added are the tabletops and the top shelves, which will be done on Monday.
Entry  Mon Nov 27 14:22:30 2023, Tyler, Update, Lore, 1129 Assembly Update IMG_7669.jpgIMG_7668.jpg
[Tyler, Michael, Luke, Cynthia]


The tabletops have been attached to the workbench frames. Unfortunately, one of the tabletops came out of the box
with a large scratch and small dent in the middle. One of the electric top shelves is ready to be attached to the undamaged table, but the other is yet
to be opened. Assembly will be completed Wednesday morning.
Entry  Thu Nov 30 13:50:32 2023, Tyler, Update, Lore, Workbench Assembly Completed IMG_7686.jpg
[Tyler, Luke, Aiden]



The workbenches are now completely assembled and put into their final places. Additionally, the tool chest has been moved.

Entry  Tue Feb 13 01:26:30 2024, Peter, Update, Interferometer Simulations, CARM Power Simulations Scenario_3_CARM.pdfScenario_3_CARM_Gouy.pdf
Cao's simulations of the circulating power and gouy phase through a single arm cavity of the interferometer have been reproduced. Images of the plots can
be shown in the pdfs attached. There are approx. 400 lines in this code (scenario_3_carm) that produces these plots. This code also calls on a separate
code source file (thermal_models) that defines many of the functions used in this main simulation. The thermal_models file consists of over 1000 lines.
Entry  Tue Feb 13 04:05:32 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Shoelaces 1 Layout Simulated in GTrace shoelaces1_dxf.JPGshoelaces1_desmos.JPG
I've worked on and have completed a first simulation of Cosmic Explorer's Shoelaces 1 layout. This is based off of Pooyan's original work with Gtrace much
like the Long Crab 1 layout I worked on last week. This layout will allow me to quickly created the alternate shoelaces layouts. I've included an image
of the dxf, and a desmos model for reference.
Entry  Tue Feb 13 12:26:23 2024, Tyler, Update, Interferometer Simulations, BS Code Update thickness1.pdfbs_opd_homloss_h6cm_w2cm.pdf
 I reproduced Cao's CE beamsplitter code (see below for example plots). I received the current info on the beamsplitter parameters for A+ and A# from
GariLynn also. The next steps are to perform a similar power loss analysis on the anticipated A# beamsplitter.
Entry  Tue Feb 13 13:02:41 2024, Pooyan, Update, Interferometer Simulations, Cacity sacn of Fabry-Perot  IFOSim_update_2_13_24.pdf
Created a simple model of Fabry-Perot cavity in SIS, and did a cavity scan. Total power in the cavity, 00 mode, and HOMs is measured. 
Entry  Wed Feb 21 23:15:07 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Long Shoelaces 1 Layout Created in Gtrace and Fixed Ghosting in Beamsplitter long_shoelaces1_desmos.JPGAR_side_with_reflection.PNGAR_side_without_reflection.PNG
I have created the long shoelaces 1 layout for cosmic explorer using gtrace, a slight modification from the shoelaces 1 layout design. I also modified the
simulation code slightly to remove ghosting effects in the beamsplitter. Originally the python code specified that the HR and AR sides of the beamsplitter
both have the same transmission/reflection. I modified this to the ideal case of: Refl_AR = 0, Trans_AR = 1. I have attached two images below to show the
Entry  Tue Feb 27 03:26:28 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Reverse aLIGO Layout Created in Gtrace reverse_aligo_desmos.JPGreverse_aligo_dxf.JPG
I've created the simulation for reverse aLIGO layout in gtrace. Attached are the desmos model and the output dxf file. From here Pooyan and I plan to create
a brief report of our progress to the CE optical design group.
Entry  Tue Feb 27 09:06:29 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, cavity scan with higher order input laser ligoPre_2_27.pdf
I performed a few cavity scan with the inputing laser with a different mode (not pure 00). For each laser I included a graph for just plotting the order
with highest power (for example 1st order laser input the first plot only scanned for 1st order in that cavity), and I have also included a graph scanning
for order 1-10. 
Entry  Sun Apr 7 13:42:51 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Update on status of gtrace project Sequential_beam_trace_crab1.pngangle_of_incidence_yaml_example.png
[Pooyan, Michael]

After meeting and discussing the current state of our work with Prof. Fulda a few weeks ago, we have decided that the best next
step for the gtrace project is its integration into finesse work. Our first step towards this integration involved creating a sequential beam trace in
contrast to the previous non sequential gtrace simulations. A sequential beam trace not only allows for faster runtimes of the simulation (
Entry  Mon Apr 8 14:43:29 2024, Pooyan, Update, Interferometer Simulations, SIS update single and coupled cavities IFOSim_SIS__update_4_8_24.pdfScreen_Recording_2024-03-31_at_2.46.29_AM.mov
[Pooyan, Cynthia]

Attached is a brief recap PDF file. A video file showing separate HOMs plots for the cavity scan with ETM08 surface map is also
attached. 

The codes are available at https://git.ligo.org/uc_riverside/hom-rh/-/tree/main/SIS
Entry  Mon Apr 8 14:57:41 2024, Cynthia, Pooyan, Update, Interferometer Simulations, performed cavity scans for O4 O5, and coupled cavity  LIGO_update_week1.pdf
 
Entry  Mon Apr 15 15:25:10 2024, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, progress on simulation so far LIGO_update_week3_(2).pdf
 
Entry  Mon Apr 22 15:06:33 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, cavity scan update LIGO_4_22.pdf
[Cynthia,Pooyan]
Completed some simulations injecting 0-10th order modes. Some graphs will be used for the poster after some further titles, axis, and
range adjustments. 
Entry  Mon Jun 3 14:59:44 2024, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, Created cavity scan with LG modes  ligo_update_6_3.pdf
 
Entry  Mon Jun 24 14:28:51 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, SIS cavity with thermal effect ETM08thermal.png
tried to run a cavity scan with thermal deformation and ring heater for ITM04 ETM08 (aLIGO mirrors). Not sure about the accuracy of the graph as there is
some commands that still need to verified. 
Entry  Mon Jul 1 11:45:45 2024, Sid, Update, Interferometer Simulations,  
Progress update: Most of last week was spent getting set up with SIS, and learning how to do basic simulations. The goal for this week is to begin reproducing
the methodology from T2000338. I have begun with studying perturbations to mirror curvature and position in a simple FP cavity, but thus far have been
unable to get the same results.
Entry  Mon Jul 1 15:19:42 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, O4 and O5 mirror cavity scans with thermal effect cavityScan_07_01.pdf
 
Entry  Fri Jul 5 13:17:44 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, Four-quadrant FROSTI-like RH for astigmatic thermal actuation for CE optics 7x
In the CE corner layout design and down selection study, interferometer layouts with large incidence angles on some of the curved optics are being considered,
such as the folding mirrors in the "long crab". This however generates astigmatic beams upon reflection and results in mode mismatches in coupled cavities
that need to be mitigated. Astigmatic thermal actuation for the optics involved is thus essential. One way we are considering is to implement a FROSTI-like
Entry  Fri Jul 5 14:12:32 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, CE BS Mechanical Resonances butterfly.pngdrumhead.png
The butterfly and drumhead mechanical modes for the aLIGO BS were calculated in COMSOL. The resonant frequencies for the two acoustic modes are 2.45
kHz and 3.61 kHz, matching the results in reference
for instance. 

 For a quick projection for the resonant frequencies going from aLIGO to CE, the height and width of the BS are increased assuming
Entry  Fri Jul 5 14:23:13 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, Engineering drawings for straight edge heater element designs for FROSTI 
Step files and engineering drawings for the straight edge heater element designs have been created in COMSOL and SolidWorks. They are available in the group
Git
Repo. With those, we will initiate a discussion with the ceramics supplier for an estimate of the feasibility and benefits of the straight edge element
Entry  Mon Jul 8 12:26:10 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Minimizing Astigmatic Effects in the SRC of LIGO 
This is the first look and analysis of the effects of astigmatism in the aLIGO optical layout which can lead to mode mismatch and therefore increased losses
into higher order modes. Specifically I am currently looking at measuring the effect of changing the radii of curvature of the SRC mirrors  https://docs.google.com/presentation/d/1qhIehqyNukg4g8S2fqfQZz83yr9aB76tEa6fn2J-TrM/edit?usp=sharing
Entry  Mon Jul 15 09:36:44 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, ETM Profile Optimization for FROSTI pdf_merged.pdf
 This is to optimize the FROSTI heating profile for ETM, by minimizing the residual RMSE of the HR surface deformation after the beam size weighted curvature
is removed by the current RH. The parameters of the profile being explored are the location, width, and total power for the Gaussian Annulus. As shown
in the attached series of plots, the optimal location is 9.9 cm, with a width of 7.7 cm, and a total FROSTI power of 12.7 W (for 1 W of Gaussian beam absorption).
Entry  Mon Jul 15 14:28:32 2024, Pooyan, Update, Interferometer Simulations, aLIGO test mass surface profiles  
Created a Google Slides presentation to summarize all the mirror surface map information that we use for simulating interferometers. 
A+ expected maps are based on correspondence with G. Billingsley. The estimate for the A+ ITMs will be to take the “as polished” data and add coating
non-uniformity to it. (T2000398) Neither of these are scaled for the precise thickness of the Ti:Ge coatings.
Entry  Mon Jul 15 15:44:52 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, performed cavity scans with thermal effects and ring heater cavity_scan_07_15.pdf
 
Entry  Mon Jul 15 15:52:40 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, aLIGO locking with varying SRC mirrors and measuring mode mismatch SRC_Astigmatism_Analysis_7_15_24.pdf
 
Entry  Mon Jul 29 12:18:52 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, Update on FROSTI O5 ETM profile optimization pdf_merged.pdf
Update on FROSTI O5 ETM profile optimization is attached. 
Entry  Mon Jul 29 12:20:56 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, Update on wavefront actuation with astigmatically driven RH for CE SURF_nonastig_merged.pdf
Update on wavefront actuation with astigmatically driven RH for CE is attached. 
Entry  Mon Jul 29 12:23:10 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, Update on mechanical resonances of CE BS with stiffener ring eigen_freqs_merged.pdf
Update on mechanical resonances of CE BS with stiffener ring is attached. 
Entry  Sun Aug 4 09:01:01 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Update on SRC Mode Mismatch Analysis SRC_Mode_Mismatch_Update_8_2_24.pdfSRC_Mode_Mismatch_Update_8-12-24.pdf
An update on my analysis to minimize mode mismatch/scattering by introducing toroidal mirrors to the SRC.
Entry  Tue Aug 6 13:07:07 2024, Xuejun, Update, Interferometer Simulations,  Thermal_model_image.pnggenerated_irradiance_profile.png
[Xuejun]

 The width and location of the measured in-air change in temperature profile has been determined to be 0.045m and 0.137m respectively. Subsequently,
a fake irradiance profile was able to be generated that best resembled what the actual irradiance profile could be using this information for testing in
COMSOL. The generated irradiance profile that output the most similar change in temperature profile as the measured in-air profile has been included as
Entry  Mon Aug 12 17:09:04 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, O4 vs O5 cavity scans with ITM plume guess or ETM O5_plots_and_tables.pdfO4_plots_and_tables.pdfETM12mapO5.pngScreenshot_2024-08-12_at_5.05.31_PM.png
So far the proposed solution for what to use for O5 ITM mirror for SIS simulations is either the plume guess file or using the O5 ETM mirror for ITM. I
had ran a cavity scan for both of these possibilities and it seems like the results produced are fairly different. The next step is most likely moving
on to adding the Frosti effects including both of the proposed possibilities, and before this, a few confirmations and verifications are needed using similar
Entry  Mon Aug 19 07:11:55 2024, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, cavity scans with FROSTI effects  LIGO_update_8_19.pdf
 
Entry  Mon Aug 26 14:42:04 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, current status on cavity scan with effects of FROSTI LIGO_updates_8_26.pdf
I used the code and arm cavity model used for previous O5 study on mirrors and HOM (the pdf of the study and the result can be found at https://dcc.ligo.org/LIGO-G2100878),
but it seems like the result I obtained is different from the study result. Since my cavity scans codes have a large portion of it relying on this code,
I will have to go over the study result and the code to make sure there is no issue with that code itself first. There are also some other updates or issued
Entry  Tue Aug 27 18:37:40 2024, Luke, Update, Interferometer Simulations, Ringheater model update Initial_1W.pngIncreased_rays_100W.pngIncreased_rays_more_100W.pngInitial_100W.png
Updated the model to produce a more circular deformation in the HR surface. The first three attachments are from irradiance patterns gotten from ray tracing.
The last is from a pre-defined irradiance pattern.
Entry  Mon Sep 9 12:36:45 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Update on Analysis of Mode Mismatch Minimization in A# SRC_Mode_Mismatch_Update_9_9_24.pdf
I have taken a closer look at the solution curve in the mirror parameter space which I have searched, focusing on the "resilience" of specific points, with
the plan to analyze how certain conditions of the interferometer change as we move along this solution curve.
Entry  Mon Sep 16 07:28:16 2024, Luke, Update, Interferometer Simulations, Ring heater update 20240916_Ringheater_updates.pptx
 
Entry  Mon Sep 16 15:18:59 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, a breakdown of FROSTI and thermal effects and the resulting cavity scan  ligo_update_9_16_(1).pdf
 
Entry  Mon Sep 23 08:29:49 2024, Luke, Update, Interferometer Simulations, Ringheater update 20240923_Update.pptx

Ringheater Update
If the link does not work here is the file.
Entry  Mon Sep 23 15:00:41 2024, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, corrections on assumption for O5 coating Uncoated_S1_ETM07-v2.pdf
The document recording ETM07 and ETM08 coating (T2300093) was discussed: 

the current plume files are not necessarily correct in a way that LIGO lab
have tried to add it on uncoated ETM such as ETM07 and it does not match what the coated ETM07 would look like. 

the plume should be added on top of
the uncoated ETM instead of assuming an ideal ETM. According to Garilynn, the imperfection on uncoated ETM matters. 

So far the possible ETM data used
Entry  Wed Oct 2 13:38:00 2024, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, cavity scan with averaged O4 ETM coating as plume O5plumevsCoating.pngO5CoatAvgpt5.pngO5AVgcoatingFROSTIpt5.PNG
 
Entry  Wed Nov 6 13:48:55 2024, Liu, Update, Interferometer Simulations, QN modeling update 
Slides
Entry  Mon Dec 2 00:11:23 2024, Michael, Update, Interferometer Simulations, Status Update on Toroidal Mirrors Project Work 
As it has been significant time from my last update on this project, I compiled a few notes about what I have been working on, current issues, and my future
plans. The past few weeks have been focused on me attempting to obtain a reliable symbolic expression for mismatch. This is important going forward as
it allows us to determine optimal points in the parameter space and the surrounding behavior efficiently without significant computational cost. However
Entry  Tue Feb 25 01:37:00 2025, Michael, Update, Interferometer Simulations, Updates and Current Next Steps for Toroidal Mirrors Project 
Since the previous discussion of this project, I've worked on building finesse models to verify mathematical results which model the astigmatism in a two
mirror system which we attempt to minimize. This left us with a single condition for an output non-astigmatic beam. However, as can be seen in finesse
simulations, there does exist other configurations which have a negligibly small astigmatism, which we may want to consider. Below I've attached the link
ELOG V3.1.3-7933898