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Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Deep–Frequency Modulation Interferometry for Gravitational Wave Detectors
No full textThis thesis presents my research on a new type of local displacement sensors proposed to be used in gravitational wave detectors to improve upon the alignment and control noise in the low frequency regime around 3 Hz.
Gravitational wave astronomy is an emerging field using large interferometers with km long arms to measure small displacements of less than 10−20 m/√Hz caused by passing gravitational waves. The currently running LIGO and Virgo detectors are limited in the low-frequency region (below 30 Hz) by alignment and control noises of their suspended optics. As a possible path to improve upon these noise limitations, the use of more precise local sensors to measure the local displacement of the optics, counteract their motion and improve upon their alignment has been proposed. This thesis presents my research on local displacement sensors based on “deep–frequency modulation interferometry (DFMI)” which allows for precise measurements down to displacements in the order of∼100fm/√Hz while simultaneously providing an absolute displacement readout allowing for measurements over a large dynamic range over millimeter and centimeter, necessary for some of the suspended optics in gravitational wave detectors. I present an “analytic readout algorithm” developed to extract the displacement parameters of interest from a measured DFMI signal and I conduct a thorough analysis of the achievable precision limits of DFMI using the “Cram´er-Rao bound”. The readout algorithm I present allows for a faster readout than previous experiments using DFMI, significantly increasing the control bandwidth and the number of sensor channels that can be processed. My noise analysis proves that the readout algorithm runs close to optimal precision (given by the Cramer-Rao bound) and provides a displacement readout similar to other interferometry–based displacement sensing techniques. These results show that using “deep–frequency modulation interferometry (DFMI)” based local displacement sensors can help current and future planned ground–based gravitational wave detectors to reach their target/design sensitivity in the low frequencies around 10−21 m/√Hz
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Femtometer-precision displacement sensing via heterodyne cavity-tracking for use in gravitational-wave detectors
Full text linkDisplacement and inertial sensors are used to measure motion in many high-precision experiments. A prime example of such a use case is ground-based gravitational-wave detectors. To enable the detection of gravitational waves, the seismic isolation systems of these detectors employ various inertial and local displacement sensors to reduce the transmission of ground motion to the core optics of the interferometer.
This thesis investigates a displacement sensing technique, named heterodyne cavity-tracking, within the context of current and future ground-based gravitational-wave detectors, as well as future lunar-based concepts. Precise length measurements with femtometer or sub-femtometer readout noise at frequencies below 10 Hz would be extremely beneficial in increasing the overall sensitivity of ground-based gravitational-wave detectors, enabling more astrophysical observations. A specific case of a lunar-based gravitational-wave detection concept involves deploying a femtometer-class inertial sensor array on the Moon's surface to identify gravitational-wave signatures.
This thesis presents a heterodyne-stabilized optical cavity-based interferometer scheme that can serve as a compact, high-sensitivity displacement sensor with a fringe-scale operating range. The dynamic range for displacement readout is aimed at being increased by pushing the precision into the femtometer regime while not completely compromising the achievable operating range.
Specifically, this work studies two aspects of the interferometer scheme that are crucial for achieving the desired displacement readout precision of below 1 fm/√Hz at around 1 Hz. The first aspect is the development of an ultra-fast, high-bandwidth readout system, the GHz Phasemeter, based on a field-programmable gate-array (FPGA) algorithm. The developed phasemeter is the highest bandwidth, highly stable, and fastest phase-tracking instrument reported to date. This implementation has been extended to include a Digital Heterodyne Controller (DHC), which is required for the laser-locking control loop. The second aspect involves the study of laser frequency references aimed at suppressing frequency noise in the readout. A potential frequency reference made of chalcogenide glass, which is 'athermal' in nature, has been investigated during the course of this work.
Finally, these components are combined to realize a displacement sensing scheme and have been analyzed within the scope of this thesis. An overall displacement readout noise floor of less than 20 fm/√Hz has been achieved for frequencies above 5 Hz with the current experimental setup. A dynamic range of six orders of magnitude for displacement measurement has been demonstrated, reaching a maximum motion of about 0.15 µm. The work presented here was conducted between 2020 and 2024 at the Institute of Experimental Physics, University of Hamburg, Germany.Weg- und Inertialsensoren werden in vielen hochpräzisen Experimenten zur Messung von Bewegungen eingesetzt, ein typisches Beispiel sind erdbasierte Gravitationswellendetektoren. Um die Detektion von Gravitationswellen zu ermöglichen, verwenden die seismischen Isolationssysteme dieser Detektoren verschiedene Inertial- und lokale Wegsensoren, welche die Übertragung von Bodenbewegungen auf die Kernoptik des Interferometers reduzieren.
In dieser Arbeit wird eine Technik zur Messung von Verschiebungen, das sogenannte „heterodyne cavity-tracking“, im Zusammenhang mit aktuellen und zukünftigen erdbasierten Gravitationswellendetektoren, sowie zukünftigen Konzepten auf dem Mond untersucht. Präzise Längenmessungen mit Femtometer- oder Subfemtometer-Ausleserauschen bei Frequenzen unter 10 Hz wären vorteilhaft, um die Sensitivität erdbasierter Gravitationswellendetektoren zu erhöhen und eine größere Anzahl astrophysikalischer Beobachtungen zu ermöglichen. Ein Konzept der Detektion auf dem Mond beinhaltet die Installation eines Systems aus Inertialsensoren mit Femtometergenauigkeit auf der Mondoberfläche, um Gravitationswellensignaturen zu identifizieren.
Diese Arbeit stellt ein, auf einem optischen Resonator basierendes, Interferometer mit Heterodynstabilisierung vor, welches als kompakter, hochempfindlicher Wegsensor mit einem Arbeitsbereich in der Größenordnung einer Wellenlänge eingesetzt werden kann. Das Ziel ist es, den dynamischen Bereich für das Auslesen der Verschiebung zu erhöhen, indem eine Genauigkeit im Femtometerbereich erreicht wird, während ein relativ großer Arbeitsbereich erhalten bleibt.
Insbesondere werden zwei Aspekte des Interferometerschemas untersucht, die entscheidend sind, um die gewünschte Auslesegenauigkeit von weniger als 1 fm/√Hz bei etwa 1 Hz zu erreichen. Der erste Aspekt ist die Entwicklung eines ultraschnellen Auslesesystems mit hoher Bandbreite, das GHz Phasenmeter, welches auf einem „field-programmable gate-array (FPGA)“-Algorithmus basiert. Das entwickelte Phasenmeter ist das bisher schnellste, stabilste und breitbandigste Phasenverfolgungsinstrument. Diese Implementierung wurde um einen „Digital Heterodyne Controller (DHC)“ erweitert, der für den Laser-Locking-Regelkreis benötigt wird. Der zweite Aspekt betrifft die Untersuchung von Laserfrequenzreferenzen zur Unterdrückung des Frequenzrauschens beim Auslesen. Eine mögliche Frequenzreferenz aus Chalkogenidglas, die „athermisch“ ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht.
Schließlich werden diese Komponenten kombiniert, um ein Verschiebungsmessverfahren zu realisieren, das im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde. Mit dem aktuellen Versuchsaufbau konnte ein Gesamtausleserauschen unter 20 fm/√Hz für Frequenzen oberhalb von 5 Hz nachgewiesen werden. Es wurde ein dynamischer Bereich von sechs Größenordnungen für die Verschiebungsmessung erreicht, mit einer maximalen Bewegung von etwa 0,15 µm. Die hier vorgestellten Arbeiten wurden zwischen 2020 und 2024 am Institut für Experimentalphysik der Universität Hamburg durchgeführt
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Tunable Coherence für Streulichtunterdrückung in Gravitationswellendetektoren
No full textLaser interferometers are highly sensitive to length deviations, making them ideal for detecting gravitational waves. The kilometer-scale detectors used for this are reaching their incredible sensitivity by tackling many different noise sources. One such noise that is gaining more relevance with the increasing detector sensitivities; even beyond quantum mechanical limitations; is induced by straylight. Because it accumulates additional phase by traveling along unintended paths before reentering the readout, it introduces noise limiting the sensitivity, especially at frequencies below 30 Hz. In current detectors, scattered light mitigation is thus already a major effort; achieving even higher sensitivities with future detectors is inconceivable without new straylight mitigation techniques.
In this thesis, Tunable Coherence is introduced as a possible new strategy against straylight noise. Further, by conveying white-light characteristics to continuous-wave lasers, it advances a nearly unexplored sub-discipline of laser interferometry. The underlying technique, pseudo-random-noise phase modulation, is actively used in ranging and digital interferometry. Employing it at GHz-frequencies on the main laser of a gravitational wave observatory is, however, an audacious proposal. Tunable coherence intentionally breaks and controls the coherence of a continuous-wave laser. This leads to coherence loss for unwanted light fields differing in propagation delay, which suppresses their interference. However, it also complicates aspects like resonant power build-up and adds tight constraints on optical layouts. It therefore needs to be demonstrated and verified meticulously that the detectors operation is not negatively impacted by tunable coherence.
With this work, initial milestones of this process were achieved, as well as future challenges and opportunities identified. Experimental validation in a Michelson interferometer showed straylight suppression exceeding 40 dB while reducing the coherence length to a few centimeter. Compatibility of tunable coherence with optical cavities was then demonstrated with the artificial coherence length reduced down to the wavelength-scale. Optical layouts of gravitational wave detectors combine an interferometer with cavities used to reduce shot noise and increase sensitivity. Tunable coherence was demonstrated with such combinations by investigating a power-recycled Michelson interferometer. Here, general compatibility but also first limitations in its current implementation were observed.
The obtained results demonstrate tunable coherence as a promising tool for straylight suppression in high precision interferometers. Thus prompting the provided initial study of a possible implementation in current or planned gravitational wave detectors for helping advance low-frequency sensitivity. As these advances enable earlier, longer and more numerous detections, they open new opportunities for e.g. multi-messenger astronomy.Laser Interferometer sind aufgrund ihrer hohen Sensitivität gegenüber Längenänderungen ideal für die Detektion von Gravitationswellen geeignet. Um die hierfür benötigten besonders hohen Sensitivitäten zu erreichen, müssen die kilometerlangen Detektoren viele verschiedene Rauschquellen überkommen. Eine dieser Rauschquellen wird von Streulicht verursacht und gewinnt durch die immer besser werdenden Sensitivitäten; sogar über quantenmechanische Limitierungen hinaus; immer mehr Relevanz. Da Streulicht auf ungewollten Wegen durch den Detektor zusätzliche parasitäre Phaseninformation aufsammelt, bringt es Rauschen in die Auslesung ein, wenn es in diese gelangt. Dieses Rauschen ist insbesondere im Bereich der Messbandbreite unterhalb von 30 Hz limitierend. In aktuell betriebenen Detektoren ist Streulichtunterdrückung daher bereits eine enorme Herausforderung; das Erreichen der noch höheren Sensitivitäten in geplanten Detektoren ist ohne neue Konzepte hierfür undenkbar.
Mit dieser Arbeit wird das Konzept Tunable Coherence als mögliche neue Strategie gegen Streulicht vorgestellt. Durch das Übertragen von Weißlichteigenschaften auf einen Dauerstrichlaser erweitert es außerdem ein nahezu unerforschtes Teilgebiet der Laserinterferometrie. Bisher wird das hierfür genutzte Prinzip, die Phasenmodulation des Lasers mit einer pseudo-zufälligen Sequenz, in Bereichen von Satellitenortung und digitaler Interferometrie eingesetzt. Der Vorschlag, es auch auf den Hauptlaser eines Gravitationswellenobservatoriums anzuwenden, ist hingegen eher gewagt. Mit Tunable Coherence wird die Kohärenz des Dauerstrichlasers gezielt gebrochen und die Kohärenzlänge präzise kontrolliert. Dies führt dazu, dass das Streulicht durch seine längeren optischen Wege nicht mehr kohärent mit dem Hauptlaser ist und daher nicht mehr mit der Auslesung interferieren kann. Es hat allerdings den Nachteil, dass der Betrieb eines optischen Aufbaus durch zusätzliche Einschränkungen für beabsichtigte Interferenzerscheinugen komplizierter wird. Deshalb muss der Einfluss, positiv und negativ, von Tunable Coherence auf einen Gravitationswellendetektor vor einem potenziellen Einbau gründlich geprüft werden.
Als Teil dieser Arbeit wurden erste Meilensteine dieser Überprüfung erreicht und zukünftige Herausforderungen identifiziert. In experimentellen Demonstrationen konnte eine Streulichtunterdrückung von mehr als 40 dB in einem Michelson Interferometer gezeigt werden. In diesem Fall wurde die Kohärenzlänge auf wenige Zentimeter reduziert. Zusätzlich wurde gezeigt, dass Tunable Coherence auch mit optischen Resonatoren funktioniert. Hier wurde die künstlich eingeführte Kohärenzlänge auf wenige Wellenlängen reduziert. Da Gravitationswellendetektoren in ihrem optischen Aufbau aus einer Kombination eines Interferometers mit weiteren Resonatoren bestehen, wurde die Kompatibilität von Tunable Coherence in einem ähnlichen Aufbau demonstriert. Hierfür wurde ein Michelson Interferometer mit einem zusätzlichen Resonator zum Überhöhen der internen Lichtleistung genutzt. In diesem Aufbau konnte Tunable Coherence generell demonstriert werden aber es wurden erste Einschränkungen, verursacht durch die momentane Realisierung, beobachtet.
Die gesammelten Ergebnisse zeigen, dass Tunable Coherence ein vielversprechendes Mittel für Streulichtreduktion in hochpräzisen Interferometern sein kann. Es wurde daher ein vorläufiges Konzept erarbeitet wie eine mögliche Realisierung in derzeitigen oder zukünftigen Gravitationswellendetektoren aussehen könnte um die Sensitivität dieser im niedrigfrequenten Bereich zu verbessern. Solche Verbesserungen würden viele neue Möglichkeiten für zum Beispiel Multi-Messenger Astronomie bringen, da sie mehr Detektionen und diese früher und für längere Zeitspannen ermöglichen würden
Silicon Based Mirror Coatings For Gravitational Wave Detectors
No full textThe detection of gravitational waves opened a novel astronomic and cosmic observation window into the universe. The existing gravitational wave detectors have already provided various scientific results, but so far many questions have remained unanswered. For an in-depth exploration of astrophysical and cosmic sources of gravitational waves,
detectors with higher sensitivities are required.
Current detectors are based on large laser interferometers with suspended mirrors, whose distance briefly and periodically changes upon arrival of a gravitational wave. To increase the sensitivity, the thermal noise of the mirror coatings should, among other things, be reduced. Due to large mechanical losses, the materials used so far have only a limited suitability. Thus, alternative materials and techniques for mirror coatings are required. Amorphous silicon as a coating material offers significant potential for a thermal noise reduction. However, in order to utilise amorphous silicon, its optical absorption has to be reduced. Overall, the use of different silicon based technologies could achieve a reduction in thermal noise of at least 32 % at room temperature compared to currently used coatings. Even further improvements can be expected at cryogenic temperatures.
In this thesis, I show how silicon based coatings can potentially be used for the main mirrors of gravitational-wave detectors. I have studied the behaviour of amorphous silicon for different deposition parameters and gained insights into the reduction of optical absorption and the mechanisms behind it. Furthermore, the properties of so called nanolayers consisting of amorphous silicon and silicon dioxide were examined. The background is a possible influence of the layer thickness on the undesirable crystallization caused by the usual heat treatment of coatings. Utilising various bonding and removal techniques, crystalline silicon could form a single, uppermost layer for the mirrors, which was, within the scope of this thesis, applied and investigated for the first time in this field of research. This technology could significantly improve the optical and mechanical properties of the main detector mirrors. However, further steps are required beforehand, such as the production of a complete mirror demonstrator. The investigations carried out in this thesis contribute to the current research, so that the potential improvement in thermal noise by the utilisation of silicon can be fully exploited.Die Detektion von Gravitationswellen öffnet ein neuartiges astronomisches und kosmisches Beobachtungsfenster ins Universum. Die existierenden Gravitationswellendetektoren haben bereits diverse wissenschaftliche Erkenntnisse erbracht, jedoch blieben bisher viele Fragestellungen unbeantwortet. Für eine tiefgehende Erforschung astrophysikalischer und kosmischer Quellen von Gravitationswellen werden Detektoren mit höheren Sensitivitäten benötigt.
Derzeitige Detektoren basieren auf großen Laserinterferometern mit aufgehängten Spiegeln, deren Abstand sich beim Eintreffen einer Gravitationswelle kurzzeitig periodisch ändert. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit soll, unter anderem, das thermische Rauschen der Spiegelbeschichtungen verringert werden. Aufgrund großer mechanischer Verluste sind bisher verwendete Materialien nur begrenzt dazu geeignet und alternative Materialen sowie Techniken für Spiegelbeschichtungen werden daher benötigt. Amorphes Silicium als Beschichtungsmaterial bietet ein erhebliches Potential zur Verringerung des thermischen Rauschens. Allerdings muss zur dessen Verwendung die optische Absorption verringert werden. Insgesamt könnte durch den Einsatz unterschiedlicher siliciumbasierter Technologien eine Reduktion des thermischen Rauschens um mindestens 32 % bei Raumtemperatur gegenüber heute verwendeten Beschichtungen erreicht werden. Bei kryogenen Temperaturen können sogar weitere Verbesserungen erwartet werden.
In dieser Arbeit zeige ich, wie siliciumbasierte Beschichtungen potentiell für den Einsatz auf den Hauptspiegeln von Gravitationswellendetektoren geeignet sein können. Ich habe das Verhalten von amorphem Silicium für unterschiedliche Depositionsparameter untersucht und Erkenntnisse über die Verringerung optischer Absorption sowie die dahinterstehenden Mechanismen erhalten. Des Weiteren wurden die Eigenschaften von sogenannten Nano-Schichten bestehend aus amorphem Silicium und Siliciumdioxid untersucht. Hintergrund ist ein möglicher Einfluss der Schichtdicke auf die unerwünschte Kristallisation durch die übliche Wärmebehandlung von Beschichtungen. Kristallines Silicium könnte mit Hilfe von verschiedenen Füge- und Abtragetechniken eine einzelne, oberste Schicht der Spiegel bilden, was im Rahmen dieser Arbeit erstmals auf diesem Gebiet angewandt und untersucht wurde. Diese Technik könnte die optischen und mechanischen Eigenschaften der Hauptspiegel deutlich verbessern. Allerdings sind vorher weitere Schritte wie die Herstellung eines vollständigen Spiegeldemonstrators erforderlich. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchen tragen dazu bei, dass die potentielle Verbesserung des thermischen Rauschens durch die Verwendung von Silizium möglichst vollständig ausgeschöpft werden kann
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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