用激光干涉仪空间天线验证外层空间是真空

直到 19世纪晚期 ,外层空间是真空还是充满“以太”的问题仍未解决。在 1887年 ,迈克耳逊和莫利进行了他们著名的干涉仪实验 ,有力地确立了外层空间是真空的事实。此理论预言也为爱因斯坦的光速是普适常量的推论铺平了道路。现在计划进行一个巨型迈克耳逊 /莫利实验探测这两位科学家以前曾认为不存在的实际波。　　用于探测引力波的三航天器 L ISA计划将在 2 0 10年发射。航天器的直径约是 2 m,两个航天器间的距离是 5× 10 9m激光干涉仪空间天线 (L ISA)基本上将是由位于太阳轨道的三个航天器组成等边三角形的巨大迈克耳逊 -莫利干涉仪…     

以激光干涉仪观察地球引力波

L IGO是建造在利文斯敦 -路易斯安那的激光干涉仪地球引力波观察台。希望用它来揭示今天宇宙中大多数外来事物的细节问题。这个地处乡村的观察台不是用它巨大的反射镜或巨大的碟形天线收集可见光和无线电波 ,它收集的完全是另一种信号 :地球引力波。引力波作为相对论基本理论的一部分 ,在 1 91 6年曾被爱因斯坦首先预言过。如果爱因斯坦方程式正确的话 ,那么由于黑洞碰撞和行星爆炸以及其他一些巨大的变动所产生的引力混沌必定是宇宙自身的扭曲。这些剧烈运动所产生的引力波应该像汹涌的水流欢快的流进湖里一样扩散到宇宙里。为了获取这些…     

用高稳定激光探测引力波

用高稳定激光探测引力波作为法国和意大利名为ＶＩＲＧＯ计划的组成部分，将用具有几十公里长臂（每臂均有光学延迟线）的大规模迈克尔逊干涉仪探测引力波。干涉仪用超稳定二极管激光泵浦的Ｍｄ：ＹＡＧ板状激光器泵浦。引力波专家认为，使用千米长臂的大型干涉仪和超稳定...     

面向空间引力波探测的低噪声平衡零拍探测系统研究（特邀）

空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及频率噪声等,光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件,其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上,采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计;在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制;结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试,并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明:所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10?5 V/Hz1/2以下,小于空间引力波探测对激光光源噪声要求;进一步当入射光功率为400 μW时,测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上;激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10?2 V/Hz1/2,实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征,为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。     

激光帮助探测引力波

国际合作可能是探测假想的最特殊形式辐射的关键。作为德国和英国的一个联合项目而建立在德国汉诺威附近的一个新系统GEO600将协调配合美国和意大利试图探测引力波的系统。这种波是爱因斯坦预言的，他推测，诸如星体爆炸、黑洞撞击和宇宙一开始时产生的大碰撞之类的强烈天文事件可能形成引力波。引力波探测的问题在于这种波所产生的任何预期效应的大小。当引力波通过时，它引起空间的应力畸变，这种畸变可作为质量相对移动而探测，但该移动是如此之小，以致至今还不能用最灵敏的测量技术来探测。GEO600以激光干涉仪为基础，所测的预期长…     

激光天线能探测引力波

理论预言了引力波的存在，但是要证实它则是另一回事。西德慕尼黑马普协会的实验科学家正在建造一台“激光天线”，他们认为,它能帮助人们探测这种波的存在。为了探测理论家预言的引力波的微小畸变,需要一台测量长度在60英里以上的干涉仪和一台高功率激光器。     

用激光束探测引力波

为了探测难以捉摸的引力波，已设计了一种干涉仪装置，其两路激光束长达5 km。科学家们正在试图对爱因斯坦最先提出的引力波进行首次验证性观测,按照爱因斯坦广义相对论，引力波与电磁波类似。星系的扰动，也许是超新星的非对称爆炸或两个黑洞之间的碰撞都可产生引力波，并能对地球上的物体施加微弱的影响。目前尚处设计阶段的一个雄心勃勃的探测装置涉及麻省理工学院和加省理工学院的科学家。     

用干涉仪探测引波力

由加州理工学院和麻省理工学院物理学家组成的协作组，最近根据激光干涉仪的原理，制订了研制一对大型探测器的计划。他们认为，用这对大型探测器探测来自几种天体物理源的引力波足够灵敏。每台探测器由一个长4公里的L形真空室组成，激光干涉仪的光束从中通过。这对探测器打算暂时置于缅因州哥伦比亚及加州爱德华空军基地。预计造价在5000万美元到6000万美元。     

空间引力波探测超前瞄准机构研制与测试

探测低频引力波需要脱离地缘噪声干扰，在空间搭建激光干涉引力波探测装置。太极、LISA、天琴等空间引力波探测任务，计划在几十万到几百万公里量级的臂长上实现皮米级的位移测量精度，以满足引力波探测的要求。在探测任务中，考虑轨道季节性变化和星间激光传输时间等因素，发射光束需要一个超前角度，确保远端望远镜能够接收到光束，从而完成星间激光干涉。针对发射光束需要超前角度的需求，设计并研制了一款用于激光干涉链路中提供超前角度的光束指向机构，即超前瞄准机构。该机构基于将偏转轴配置在反射镜面上的设计理念，采用柔性铰链和杠杆配合的结构形式，利用压电陶瓷自闭环进行驱动控制，实现光束一维高精度偏转。对该机构进行仿真分析，验证其力学特性以及偏转范围。对所研制的机构进行了一系列实验测试，结果表明，该机构偏转范围可达到709.4μrad，偏转精度可达到0.44μrad，机构偏转引起的光程差优于10 pm/(Hz)^1/2 (1～10 Hz)。从而验证了该机构设计的可行性，为实现光束超稳高精度偏转提供一定的参考。     

引力波研究的技术进展

1999年夏天宁静的夜晚 ,路易斯安那州立大学的研究者们聆听着天际 ,努力探测引力的重击声。该校物理学和天文学系成员 Warren Johnson说 :“如果有撞击声经过 ,我们会听到的。”在物理学和天文学界对当代水平激光干涉仪引力波观测站 (LIGO)它将装配一些迄今未曾建造的最灵敏的测量设备后期建设阶段促进的同时 ,一种较早期的工艺给研究者们提供了重要的经验。尽管铝杆探测器看起来没有像激光干涉仪引力波观测仪那么好 ,但它已为搞清振动隔离 (重力研究的一个重要部分 )奠定了坚实的基础。路易斯安那州立大学天文学家 William Hamilton说 …     

激光地震仪已制成

据说美帝的南监理会教大学和特利代因地球技术分部已制成一种激光地震仪。这种激光系统利用干涉仪探测因地壳运动而引起的激光频率微小漂移。他们的激光器是氦-氖装置,输出为几毫瓦。它包含有一台双面反射镜干涉仪,用以探测激光束的转动漂移。干涉图形被送入光束分裂器,并聚焦在光电管上。光电管的微分输出被放大,并以数字形式记录。     

以激光冷却干涉仪反射镜

法国高师、皮埃尔和玛丽·居里大学的研究人员报道了用激光冷却反射镜 ,可提高干涉仪测量精度。由固有热噪声导致的布朗运动是干涉仪引力波探测器精度的最大障碍。该组用 810 nm Ti∶蓝宝石激光注入反射镜后高精密腔产生的同相振动测量布朗运动。用腔信号的反馈环路调制 50 0 m W辅助光 ,以减弱相位噪声。研究人员称 ,该系统可在不影响装置灵敏度的情况下将干涉仪的热噪声减至 1/ 2 0。以激光冷却干涉仪反射镜     

空间引力波探测中的激光干涉多自由度测量技术

在空天探索领域，空间引力波探测是当前国际研究热点，核心技术是测量相距数百万千米的两测试质量间的平动转动等多个自由度，探测灵敏度需要在1 mHz～1 Hz频段达到～1 pm/Hz^1/2以及～1 nrad/Hz^1/2水平。目前，激光干涉是实现如此远距离的两个物体之间多自由度测量的最精密的手段，本文介绍了面向空间引力波探测的激光外差多自由度超精密测量技术，概述了其光路结构、测量原理、相位信号处理方法，回顾了近三十年国内外相关研究进展，并分析了空间引力波探测中外差干涉测量的噪声源作用机制以及相关研究进展。最后，对激光外差干涉多自由度超精密测量技术的发展趋势和前景作了展望。     

用乙炔稳定二极管激光输出

法国格勒诺布尔市 CSO测量公司的研究人员已发展一种作为干涉测量系统参照源使用的高频稳定激光源 ,该干涉测量系统是巴黎国家气象研究空间中心 (CNES)投资的红外大气探测干涉仪 (IASI)的组成部分。该干涉仪用于对流层和较低同温层中温度、湿度分布的探测和某些化学成分的探测。为满足空间中必须遵循的环境条件 ,激光器和光纤元件必须相当紧凑 ,并提供可靠的频率基准。此干涉仪的核心是运转于 3.6～ 15 .5μm波长范围的迈克尔逊干涉仪。光源是具有甚高 (1× 10 - 7)频率稳定度的激光二极管 ,在此干涉仪为期 5年的使用中 ,其稳定性必须…     

单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术

报道了一种mHz至MHz宽频段激光噪声的规范测量技术。通过研制基于迈克耳孙光纤干涉仪的相关延时自外差频率噪声测量装置和具有定标功能的光外差拍频测量装置,结合频谱分析仪和快速傅里叶变换分析仪等标准仪器,规范地测量出了单频激光在mHz至MHz宽频段内的频率和强度噪声特性,并验证了测量结果的准确性。该测量技术有望应用于引力波探测和精密测量等应用中的激光噪声评估。     

径向剪切干涉仪系统的研制与校准研究

为了测量超长焦距高功率激光系统的波前畸变,研制并校准了基于空间相位调制的径向剪切干涉仪。仪器采用多波长设计,满足可见光和红外探测的需要。为研制并校准径向干涉仪,同哈特曼-夏克(HS)传感器、Zygo干涉仪进行了对比实验。通过实验与理论对比,得到径向剪切干涉仪参数的最佳值。研究了汉宁窗的取值范围和边缘截取值的合理范围,结果表明,校准后的径向剪切干涉仪能够准确测量,仪器的重复性和精度都能满足高精度波前探测要求。     

一种引力波探测用高灵敏度四象限光电探测器

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求,设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器.四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构,以降低二极管电容,减小象限间隔,提高灵敏度.通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真,优化了电路参数,计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度.性能测试表明,研制的集成式探测器模的-3 dB带宽为28.3 MHz,等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2,象限增益一致性为0.76％,基本满足空间激光干涉仪的需求.     

环境分析用的小型中红外激光干涉仪

有机和无机分子的转动振动带处于中红外波段,因此特别适用于对环境有毒物质的光谱分析。德国克劳斯塔尔技术大学的Ｓｃｈａｄｅ小组在汉诺威展览会上展出一种新的可调谐中红外激光干涉仪,可　　中红外激光干涉仪(下图)和废气、烟雾中ＣＯ的探测在环境温度下灵活工作。为了产生中红外(5μｍ或更多)窄带可调谐光,将在ＡｇＧａＳ2晶体中产生差频的二支普通单模激光二极管辐射叠加。干涉仪由计算机控制。用ＩｎＳｂ作探测器,可实时探测发动机废气或香烟烟雾中的ＣＯ。环境分析用的小型中红外激光干涉仪@晓晨     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

分布式光纤振动和温度双物理量传感系统

提出了一种分布式光纤振动和温度传感系统。该系统在双马赫-曾德尔干涉仪分布式振动传感系统的框架上,采用波分复用的方法在一条传感臂上耦合两种波长的光,并行实现了基于激光干涉的分布式光纤振动传感和基于拉曼背向散射的分布式温度传感,从而达到了振动和温度双物理量的同时探测。该方法有效利用了双马赫-曾德尔干涉仪的传感光纤,在实验中实现了10km长度上振动和温度双物理量的同时探测,振动传感的定位误差为±30m,温度传感的空间分辨率和温度精度分别为1m和±1.8℃。该系统的优点是将激光干涉和拉曼背向散射有效结合,实现了复杂环境中对振动和温度同时探测的需求,并有效利用了传感光纤,具有重要的实际意义和经济价值。