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。     

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…     

用外差干涉法探测固体表面激光超声的研究

简述了用外差干涉法探测固体表面激光超声的原理和实验结果，提出并论证了提高外差干涉法探测激光超声信号强度的方法和途径。     

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…     

中低频水下声信号的激光干涉法探测

基于迈克尔逊干涉仪原理,提出了在非平静水面情况下探测中低频水下声信号的激光干涉方法。利用携带声波信息的散射光和参考光的干涉结果提取水下声信号的频率信息,并进行了理论分析和实验验证,结果表明,激光干涉法可以准确探测出中低频水下声信号的频率信息。     

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...     

激光外差探测中的空间失配问题研究

基于高斯本振光与高斯信号光的激光外差探测系统物理模型,利用数值模拟的方法研究了空间失配角、偏移失配、本振光与信号光的光程差、探测器相对位置以及探测器光敏面直径等因素对外差效率及外差信号幅值的影响.结果表明:外差效率及外差信号幅值受空间失配角和偏移失配的影响较大;并针对实际激光外差探测系统中空间失配角及偏移失配等因素对外...     

基于AD8302的激光外差干涉信号解调技术

为了改善传统硬件相位测量中存在电路复杂、测量精度低、工作频带宽窄等诸多缺陷,利用AD8302的良好高频测相能力,设计了一种新的激光外差干涉信号处理系统,分析了其工作原理,并取得了静态、动态实验数据。结果表明,系统测量误差小于0.5,使外差干涉理论测量分辨率提高到0.088nm,更有利于微振动信号的测量。     

基于迈克尔逊干涉仪的模拟引力波探测实验

利用迈克尔逊干涉仪搭建一个模拟引力波探测的实验装置,在实验中分别使用光电法和视频示踪法记录声波引发的干涉条纹明暗变化情况,通过迈克尔逊干涉仪探测声波类比引力波的探测过程。实验具有测量结果准确、现象直观、平台易搭建的特点,可用于大学物理实验探究性教学和中小学科普教学。     

激光探测水下声信号的实验研究

在实验室条件下,对于不同频率、不同振动强度的水下声音信号展开激光相干探测研究,建立了基于该方法的实验系统。水表面在水下声音信号作用下产生波动时,用激光照射水表面,其产生的水表面散射光携带了声波信息并与参考光发生干涉,对干涉信号进行采集并处理可得到水下声信号的频率与强度信息。对不同条件下得到的实验结果进行对比分析。实验结果表明,激光相干探测技术可有效地探测水下声信号,并且随着声信号的频率提高、强度减弱,探测效果趋于变差。实验系统采用全光纤光路设计,取得了较好的效果。