Optimizing the parametric transduction systems of the Mario Schemberg gravitatonal wave detector

O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um modelo de transdutor paramétrica de alto desempenho do tipo cavidade reentrante supercondutora (ressonante em 10 GHz) para ser implementado no detector brasileiro de ondas gravitacionais. Estes transdutores monitorarão as vibrações mecânicas de uma massa ressonante esférica de Cu-AI(6%) com 65 em de diâmetro em uma faixa de frequência de 3200 ±200Hz. Várias geometrias, materiais e métodos foram testados e comparados para otimizar parâmetros como os fatores-Q mecânico e elétrico. Por fim, um modelo inédito foi construído. Neste modelo, o acoplamento mecânico com a antena é feito por contração térmica e o acoplamento elétrico com o circuito externo é feito por acoplamento eletromagnético remoto. As membranas (que fecham as cavidades) foram totalmente fabricadas a partir de lâminas de nióbio com 99,8 o/o de pureza e 0,05 mm de espessura, enquanto nióbio RRR300 foi utilizado para construir o restante do transdutor. O projeto das novas dimensões de cavidade reentrante atingiu fator-Q elétrico de 5 x 105 e df jdx de 8 x 1014 Hzjm, aumentando respectivamente em duas e dez vezes os valores dos modelos anteriores. Em condições criogênicas, o fator de acoplamento crítico ({J ~ 1) entre a sonda e a cavidade foi conseguido com a sonda afastada 4,0 mm do interior da cavidade. Este efeito permite eliminar o uso do complexo sistema de antenas micro-fitas tradicionalmente adotado. O resultado final foi a construção de um conjunto completo de oito transdutores paramétricas do tipo cavidade reentrante que, acoplados à antena esférica, poderão atingir a sensibilidade espectral h~-10-21 Hz-1 /2 em futuro próximo.The main purpose of this work was to develop a model of parametric transducer of superconducting reentrant cavity type (ressonant in 10 GHz) with high performance to be implemented in the Mario Schenberg brazilian gravitational wave detector. These transducers will monitor the mechanical vibrations of the 65 em diameter CuAI(6%) I spherical resonant mass in the 3200 ± 200 I-lav frequency range. Many geometries, materiais and methods were tested and compared to optimize parameters such as electric and mechanical Q-factor. Finally, a new model was built. In this model, the mechanical coupling with the spherical antenna is done by thermal contraction and the electrical coupling with the externai circuit is done by remate electromagnetic coupling. The menbranes (which dose the cavities) were completely manufactured from niobium foil with 99,8 o/o purity and 0,05 mm thíckness, whíle niobium RRR300 was used to build the remainder of the transducer. The design of the new dímensions of reentrant cavity reached electrical Q-factor of 5x105 and df jdx of 8 x 1014 Hzjm, increasing respectively in two and ten times the values of the previous models. At cryogenic conditions, the criticai coupling factor (/3 ~ 1) between the probe and the cavity was obtained with probe moved 4,0 mm away from the cavity. This effect allows to eliminate the use of complex microstrip antenna system, which was traditionally adopted. The final result was the construction of a complete set of eight parametric transducers that,attached to the spherical antenna, will possibly reach the sensitivity h -10-21 Hz-112 in the near future