空间激光干涉引力波探测器轨道修正方法

针对空间激光干涉引力波探测器轨道修正问题,提出一种基于虚拟编队构型设计的航天器轨道修正方法。空间激光干涉引力波探测器由3颗航天器组成等边三角形构型。由于入轨误差和摄动的影响,探测器的构型不稳定。假设名义轨道上运行着一颗理想航天器,实际轨道上的真实航天器与之组成虚拟编队,探测器的3颗真实航天器分别与对应的理想航天器组成3个虚拟编队。考虑探测器构型稳定性要求和摄动的影响,对虚拟编队的构型进行设计,进而求解航天器平均轨道要素修正量。求解得到的航天器平均轨道要素修正量小于偏差量,轨道修正通过四脉冲控制实现。数值仿真结果表明,该方法通过部分轨道修正满足了探测器的构型稳定性要求,具有减少燃料消耗、延长任务寿命的潜力。

激光干涉引力波探测器——人类的宇宙助听器

爱因斯坦预言引力波100周年之际,人类首次直接探测到引力波信号。文章简单介绍了这次的主角——高新激光干涉引力波天文台(advanced LIGO)的光学与激光部分技术。激光干涉引力波探测器,本质上是一个迈克尔孙干涉仪。原初的迈克尔孙干涉仪也曾在否定以太理论、促使相对论创立的过程中起关键作用。而基于爱因斯坦受激发射理论发展起来的激光技术也在引力波探测中立下汗马功劳。出于协同测量与定位以及扩展引力波探测频段等方面的考虑,除LIGO之外,还有多个地面和空间激光干涉引力波探测器在建或在研。可以预计,当前只是引力波探测技术与引力波天文学发展的开端。

激光干涉仪引力波探测器

引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论中提出的一个重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。经过近半个世纪的艰苦努力,随着几个大型激光干涉仪引力波探测器在21世纪初的出现并于近几年达到前所未有的灵敏度,引力波探测进入了一个崭新的时代。人类有望在第二代地基激光干涉仪引力波探测器开始科学运行(约2015年)之后的几年内,不仅可以直接探测到引力波,更将打开一扇观测宇宙的新窗口。引力波探测也将成为继电磁辐射、宇宙线和中微子之后,人类探索宇宙奥秘的又一重要手段。介绍了激光干涉仪引力波探测器的性能和工作原理,详细分析了其关键部件,如:迈克尔孙干涉仪、法布里–珀罗腔、功率循环系统、激光器、清模器、倒摆、单体几何反弹簧过滤器、真空系统等的结构、性能和工艺特点,展望了其广阔的发展前景。

压缩态光场在激光干涉仪引力波探测器中的应用

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,标准量子极限是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍,压缩态光场注入是超越标准量子极限的重要手段。分析了压缩态光场的主要特点,讨论了压缩态光场的产生机制,介绍了压缩态光场技术在超越标准量子极限中的应用。

激光干涉仪引力波探测器的基本光学结构

引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。作为一种大型的精密光学仪器并作为引力波天文学研究的关键设备,激光干涉仪引力波探测器已在世界各地蓬勃发展起来,开辟了引力波探测的新时代。给出了激光干涉仪引力波探侧器的工作原理和基本光学结构,讨论了主要的性能参数,分析了光学镜的结构特点及测量方法。

光量子噪声对激光干涉仪引力波探测器灵敏度的影响

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,光量子噪声是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍。详细分析了光量子噪声中霰弹噪声和辐射压力噪声产生的机制和主要特点,讨论了标准量子极限,扼要介绍了信号循环、压缩光场等标准量子极限突破技术。

用于引力波探测的星间激光干涉测量模拟系统

星间激光干涉仪具有比地面干涉仪更长的干涉臂(10^(6)km),能够探测更低频段0.1 mHz~1 Hz的引力波。星间激光干涉仪具有典型的应答式外差干涉仪结构,其本质是一个光学锁相环。在地面环境下搭建模拟的星间激光干涉仪,成功将从激光器的频率锁定到稳频的主激光器频率上。结果显示:锁相环的锁定时间超过2×10^(4)s,满足了低频信号的探测条件;在较短位移和较长位移的不同条件下,干涉仪无粗大误差。经过分析得出:温度、气压等环境扰动带来的噪声是制约干涉仪精度的关键因素。

空间激光干涉引力波探测

为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口,引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测,对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比,空间探测的工作频段更低,从104～10Hz,在工作距离为百万公里量级上,预计能探测到双致密星系统、超大质量比双黑洞绕转系统、中等质量比双黑洞绕转系统,以及星系合并引起的超大质量黑洞并合等波源.为此,测距精度须达到皮米的量级,并且保证测距技术有效工作的无拖曳航天技术亦有很高的要求.本文以欧洲的空间激光引力波探测计划为例,主要对上述两项技术进行分析和阐述,并展望了空间引力波探测在我国的发展趋势和前景.

一种双频激光干涉信号探测器的设计

为了获取高精密双频激光干涉测量中的干涉信号,完成了一种新的光电探测器电路设计。该探测器利用AD645设计了精密低噪声光电转换前置放大器,保证微弱干涉光信号的有效接收;增益可调的主放大器设计保证输出信号足够的动态范围,适应不同类型的干涉信号处理电路,双二次型带通滤波器有效抑制了噪声与温漂。结果表明,研制的光电探测器能完成微弱干涉信号的接收处理,信噪比高、频率稳定、结构简单易实现,可应用于高精密比相计等激光干涉仪信号处理装置。

月基激光干涉仪引力波天文台

引力波是广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最活跃的前沿领域之一。引力波的发现使引力波天文学完成了从寻找引力波到研究引力波这一历史性转折,开创了引力波天文学蓬勃发展的新时代。以地球为基地的激光干涉仪引力波天文台和空间引力波探测器在世界各地迅速地发展起来。随着探月工程的开展,以月球为基地的激光干涉仪引力波天文台的建造也越来越引起人们的关注。该文对月基激光干涉仪引力波天文台进行了简介:首先回顾其历史、陈述其有利条件及探测器基本参数和光学结构,展望其未来的发展前景。

半导体激光自混频干涉技术在探测器中的应用

应用半导体激光自混频干涉技术 ,测量远距离物体的振动信号 ,以达到探测声音之目的 .

欧洲成功发射“激光干涉仪空间天线探路者”探测器

1引言2015年12月3日,欧洲航天局(ESA)的"激光干涉仪空间天线探路者"(LISA Pathfinder,以下简称"探路者")探测器由"织女星"(Vega)运载火箭发射升空,该探测器将测试空间引力波探测所需的技术。引力波的概念源于爱因斯坦的广义相对论,其中一项重要的预言就是存在引力波。

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。

基于四象限探测器检测干涉条纹正交信号

四象限探测器在探测区域具有象限化特征,当干涉条纹方向与探测器坐标轴方向呈不同的夹角时,各象限探测单元的不同位置可探测到不同空间位置的干涉条纹光强分布,利用光强在探测单元内的矢量叠加原理,就可探测到与干涉条纹同周期但相位不同的信号。当旋转探测器到某一特定角度时,发现总有其中两个象限探测单元的信号相位正交,当干涉条纹周期改变时,仅需重新仔细旋转探测器,便可检测到该周期条纹的正交信号。通过理论分析和数值模拟,验证了该方法的可行性和实用性。与传统检测方法相比具有操作简便,适应性强,便于仪器化等优点。

太空中的引力波探测器

欧洲和美国的科学家正致力于建造LISA--空间三角形探测器,用它来倾听黑洞相遇时的喃喃低语.

访问美国利文斯敦激光干涉引力波天文台

2002年9月,笔者有幸应邀访问了坐落在美国利文斯敦的世界上最大的激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory——简称LIGO)。它实际上是一个两个臂长均为4km的"L"形巨型激光干涉仪,目前的探测精度可望分辨出一个氢原子直径的十亿分之一的振荡信号,这也正是探测预期的天体引力波至少所需要的检测精度。如果探测引力波的目标得以实现,它不仅可以证实爱因斯坦广义相对论的最重要、最辉煌和最激动人心的预言——引力波的存在,而且将为人类观测宇宙打开一个崭新的窗口。

用零输出的设备探测引力波

理论估计传到地球上的引力波非常弱 ,激光干涉引力波探测器被设计用来探测引力波 ,在没有引力波传来时 ,激光干涉引力波探测器应该是零输出。为达到这样的目的 。

美国LIGO激光干涉引力波观测站

元月美国LIGO（laser interferometer Gravitational Wave Observatory激光干涉引力波观测站）发布了一篇重要研究成果．他们宣布在对去年发生的宇宙珈玛射线爆跟踪观测过程中，未能发现引力波存在的证据．这一结果让很多对这次观测寄予厚望（发现引力波）的科学家感到失望．

美国LIGO激光干涉引力波观测站完成升级改造

引力波被认为来自宇宙中大质量天体的碰撞、爆炸等，是宇宙中最恐怖的能量释放，比如超新星爆发、黑洞碰撞等。但科学家对引力波仍然不十分了解，原因在于我们很难探测到引力波，引力波虽然来源于宇宙级的天体碰撞，但传递到地球却非常微弱。

空间引力波探测望远镜初步设计与分析

引力波的直接观测已开启引力波天文学的新篇章,爱因斯坦的百年预言终获证实。空间引力波探测器使得探测0.1 m Hz^1 Hz频段丰富的引力波源成为可能,与地面引力波探测器互为补充,才可实现更加宽广波段的引力波探测,揭开宇宙早期的更多秘密。空间激光干涉引力波探测采用外差干涉测量技术,测量间距百万公里的两自由悬浮测试质量间10 pm量级的变化量。望远镜是激光干涉测量系统的重要组成部分,1 pm的光程稳定性及苛刻的杂散光要求,不同于传统的几何成像望远镜。本文根据空间太极计划任务需求,对望远镜的功能及技术要求进行了分析,并完成了原理样机的初步方案设计,针对百万公里远场波前分布,分析了望远镜系统的敏感性,同时完成了在轨光机热集成仿真,为后面原理样机的研制奠定了技术基础。