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  Richardson Lab Experimental Log, Page 6 of 13  Not logged in ELOG logo
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
Entry  Tue Feb 25 10:56:25 2025, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, mirror coating added for simulation rerun updats_(3).pdf
I have tried to rerun the simulation on finesse after adding the mirror coating. The result has a large fluctuation in required input power vs arm power
that is concerning. I am currently working on potentially resolve this issue and get a reasonable graph before I proceed to optimizing the thermal maps.
Entry  Tue Mar 4 10:18:43 2025, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, attempted to remove curvature and tilt for the coating  3_4_updates.pdf
 
Entry  Tue Mar 11 11:28:52 2025, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, flattening mirror to study power discrepency updates_3_11_(1).pdf
 
Entry  Tue Apr 8 00:17:01 2025, Michael, Update, Interferometer Simulations, Squeezing Performance Graphs for Case With and Without Toroidal Mirrors in LIGO 
I've created some graphs for the frequency dependent observed squeezing level in LIGO for both the nominal case and the case where we include toroidal mirrors,
giving some interesting results. https://docs.google.com/presentation/d/1RBr47hNaxFTdGrwys5ZCUEUOgVOVHmZ2B_5EQwY62IY/edit?usp=sharing
Entry  Tue Apr 15 11:37:17 2025, Cynthia, Update, Interferometer Simulations, Finishing up mirror coating map step updates_4_15_2025.pdf
 
Entry  Thu Apr 17 12:12:29 2025, Liu, HowTo, Interferometer Simulations, Preventing Thread Contention in Multiprocessing with Finesse and Cython 

    Avoiding Thread Contention When Using Multiprocessing with Finesse
and Cython
  
  
  
    When running Monte Carlo simulations or other computational
workloads, it's common to use Python's ProcessPoolExecutor
Entry  Mon Apr 21 16:56:42 2025, Michael, Update, Interferometer Simulations, Fixed Observed Squeezing Curve for Toroidal Mirror Case updated_observed_squeezing_plot.png
We've resolved the issue with the observed squeezing curve for the toroidal mirror case showing worse performance at lower frequencies and better performance
at higher frequencies compared to the nominal case. This issue was caused by the beam parameter at the squeezer being fixed before changing the radii of
curvature of the mirrors. This has been changed to be fixed after changing the mirrors, and we see an improvement in the toroidal mirror case.
Entry  Tue Apr 22 11:04:31 2025, Liu, Update, Interferometer Simulations, Test Mass Thermal State Decoder Update with Interferometer Operation Update.pdf
 
Entry  Tue Apr 29 10:59:25 2025, Liu, Update, Interferometer Simulations, Test Mass Thermal State Decoder with Updated Comparison Cases  Update.pdf
 
Entry  Tue May 6 13:07:34 2025, Michael, Update, Interferometer Simulations, Initial Convergence Plots for Toroidal Mirrors Project Convergence_Plots_5_6_25.pdfConvergence_Plots_5_6_25-1.pdfaperture_num_points_convergence.png
 
Entry  Mon May 26 23:24:33 2025, Michael, Update, Interferometer Simulations, Initial Monte Carlo Simulations for Toroidal Mirrors Project 
I've run an initial Monte Carlo simulation for statistical comparison of toroidal mirrors for the dual FROSTI TCS case. Below is the link to the slides.
slideshow
Entry  Tue Jun 3 12:16:13 2025, Cynthia , Update, Interferometer Simulations, Point absorber simulation on radially averaged profile  update_6_3.pdf
 
Entry  Tue Jun 24 13:47:58 2025, Liu, Update, Interferometer Simulations, Alternative FROSTI A# optimization approach Update.pdf
Alternative FROSTI A# optimization approach
ELOG V3.1.3-7933898