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。     

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。     

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...     

引力波探测定位的关键问题

本文对引力波探测定位的几个关键问题进行了理论分析,并给出有关的定量解。对引力波的产生与辐射、引力波激励和检测提出了新的理论与方法。     

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…     

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。     

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…     

欧洲公布第三代引力波望远镜研制计划

在欧盟向一项设计研究提供300万欧元的资助后,物理学家日前公布了他们的引力波望远镜研制计划,该项目为研究宇宙打开了一扇新的窗口。 研究人员希望耗资10亿欧元的爱因斯坦望远镜（ET）不但能够探测所谓的时空微脉动——在这lO年里,许多探测器都希望能够实现这一目标,而且能够对形成它们的宇宙大灾难作出详细的观测——包括黑洞或中子星融合以及超新星塌陷。     

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。     

千里眼原理

引力波和电磁波作为现代探索外太空的主要科学技术之一,科学家利用该项技术发现、观察外太空的运行,且可利用引力波的振荡技术可用于计算天体演化进程,本文将借助千里眼振荡原理计算星球寿命。     

空间探测激光干涉仪在太空中寻找黑洞

在未来 1 0年里 ,三枚卫星将在远离地球的精确三角形上互相发射激光。这听起来像是杀气腾腾的主动战略防御系统的预演。事实上 ,这可能是引力波研究的下一步 ,被称为L ISA,即空间探测激光干涉仪。在美国和欧洲天体物理学家眼中价值 5 0亿美元。研究者们将 LISA作为 L IGO(引力波探测激光干涉仪 )和其他在地球上建立的引力波探测器的孪生姊妹。但 LISA和 L IGO的区别就象射电望远镜和光学望远镜的区别一样 ,它能够“看到”引力波光谱的不同部分。L ISA三个臂中的任一个能够延伸 5 0 0万公里。这使得它对空间跨越巨大范围的引力波很…     

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。     

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。     

阿里原初引力波探测望远镜的三轴转台设计

为了得到高精度的北天区原初引力波极化数据,需在西藏阿里地区建设原初引力波探测望远镜。针对望远镜的观测要求,设计了一种三轴转动平台。对转台各组成部分的结构设计进行了详细介绍,同时给出了载荷计算和驱动电机的选型过程,对转台进行了力学仿真分析,对影响望远镜指向精度的误差源进行了辨识并合理分配,保证设计制造满足指向精度的要求。     

基于分光光度法的差分信号精确测量高反镜反射率

目前，高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%～99.99%的样品，现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置，采用双光路测量方法，通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比，信号差值本身相对较小，因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10^-5，与光腔衰荡法进行对比，测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度，满足99.9%～99.99%反射率的精确测量需求。     

高功率单频线偏振光纤放大器特性研究

高功率单频激光在引力波探测、自由空间光通信、遥感、激光雷达、光参量振荡以及相干光束组束等众多领域中都具有重要的应用。采用主振荡功率放大(MOPA)技术能够很好     

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。     

面向空间引力波探测的激光低频段相对强度噪声测试技术

面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求,开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶（FFT）频谱分析仪在低频段0.1 mHz～100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz～0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试,本底噪声低于-99 dBc/Hz,同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz～100 kHz的相对强度噪声,本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz～0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔（NPRO）激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估,并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求,同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。     

用光声法测量狄塞尔油机废气粒子

据通用汽车公司研究室的科学家说，狄塞尔发动机废气的粒子浓度几乎可以用光声技术即时地测量出来。在演示这一方法可行性的实验中，F. E. Faxvog和D. M. Roessler用一台以二氧化碳激光器为主体的装置探测一立方米内100微克那么低的浓度。准确度优于15%，因而这一技术对发动机设计师很有用处。