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力学所在空间引力波探测系统光程噪声研究中取得进展

作者:沈嘉、牛宇、罗子人 2021-02-01 09:42 来源:
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  如同平静的湖面会因突然越出水面的鱼而泛起涟漪,在宇宙中发生的大质量天体相撞,同样会在时空中泛起涟漪,并以波的形式向宇宙各个方向传播,这就是引力波。有经验的渔民可以通过水面涟漪的波纹判断鱼的种类和大小,同样科学家也可以通过探测到的引力波来分析天体的质量,寻找宇宙的奥秘。 

  为了实现空间引力波的探测,中科院在2008年成立了太极联盟,力学所是太极联盟的发起单位之一。太极联盟规划了我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图,明确了高精度的空间干涉测量系统是实现引力波探测任务的关键技术。 

  力学所引力波实验中心团队从干涉机理出发,分析了影响空间干涉测距系统精度的抖动光程耦合噪声。通过泽尼克多项式拟合系统波前差(图1 )建立了完备的抖动光程耦合噪声的物理模型。利用蒙特卡洛算法全面分析了波前差对抖动光程耦合噪声影响(图2)并提出了一种利用干涉光束与探测器间的横向偏移减小抖动光程耦合噪声的新方法(图3)。同时利用光束的远场传输模型,分析了像差耦合指向抖动对测量精度的影响。上述工作对全链路空间激光干涉测距系统的搭建具有重要的指导意义。 

  相关的研究成果以“Tilt-to-length noise coupled by wavefront errors in the interfering beams for the space measurement of gravitational waves”及“The far-field optical path noise coupled with the pointing jitter in the space measurement of gravitational waves”为题发表在国际主流光学期刊Optics Express, (2020, 20: 25545-25561; https://doi.org/10.1364/OE.397097)Applied Optics, (2021, 60: 438-444; https://doi.org/10.1364/AO.405467)上。 

  1 泽尼克多项式拟合的波前 

  2 利用蒙特卡洛算法分析的波前差与光程噪声的耦合关系  

  3 探测器与光束间的横向偏移对抖动光程噪声的影响 

 

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