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  • 用于天基引力波探測的激光器

    作者:實驗幫(譯) 來源:phys.org 時間:2019-09-23 09:37 閱讀:575 [投稿]
    研究人員已經研制出首個天基引力波觀測站的激光器,即激光干涉空間天線(LISA)任務的原型。

    研究人員宣布,已經研制出首個天基引力波觀測站的激光器,即激光干涉空間天線(LISA)任務的原型。該團隊的新激光幾乎達到了LISA儀器的嚴格要求,這是朝著實現新型天文臺計劃邁出的重要一步。 

    瑞士電子與微技術中心(CSEM)的Steve Lecomte說:“實現一個具有最先進性能、能夠滿足航天任務嚴格可靠性要求的激光系統是多么令人鼓舞的挑戰,”這一研究中心將在于奧地利維也納舉行的光學學會(OSA)2019年激光大會上介紹原型的性能細節。


    LISA將通過在太空中部署引力波探測系統來補充地面引力波探測器,比如美國國家科學基金會(NSF)資助的激光干涉引力波天文臺(LIGO)。2016年,美國國家科學基金會宣布,激光干涉引力波天文臺首次對引力波、空間和時間結構中的漣漪進行了直接觀測,這是100年前愛因斯坦在其廣義相對論中預言的。

    激光干涉引力波天文臺和LISA天文臺都依靠激光探測引力波。除了任何引力波探測器所需的精度和可靠性外,LISA任務上的激光必須滿足額外的標準,以確保它適合在太空中長期使用。 

    LISA由歐洲航天局(ESA)與美國國家航空航天局(NASA)合作進行研究。 

    精密測量的嚴格要求 

    LISA計劃于20世紀30年代初發射升空,將由3艘航天器組成,它們排列成一個三角形,直徑數百萬公里。太空船將前后傳遞激光束,并結合它們的信號來尋找引力波的證據。 

    LISA系統中的許多組件必須完美地單獨和一起工作,才能使任務成功。就激光器而言,它必須在功率輸出、波長、噪聲、穩定性、純度和其他參數方面達到嚴格的標準。

    研究人員開發出一種激光器,它幾乎能滿足歐空局和美國航天局提出的所有要求。激光系統的所有光學和電子部件要么與空間環境兼容,要么基于可獲得空間級部件的技術。 

    該系統從種子激光器開始,這是第一個在1064納米的任務規定波長下實現的封裝自注入鎖定激光器。種子激光器發出的光被注入一個核心泵浦摻鐿光纖放大器(YDFA),將平均功率從12毫瓦提高到46毫瓦。放大后的光的一部分被引導到一個光學參考腔中,從而將激光的光譜純度和穩定性提高了一個數量級。

    然后,光的主要部分穿過相位調制器,相位調制器增加了一些功能,使任務能夠通過一個稱為干涉測量的過程來比較三個航天器上的信號。最后,第二個核心泵浦的YDFA和一個雙包層大模區YDFA將信號放大到幾乎3瓦。附加部件有助于穩定功率輸出。 

    確認性能 

    該小組建立了一個專門的測試站來評估他們的激光系統原型。他們使用腔穩定的超窄1560納米激光器、光學頻率梳、有源H-maser和溫度穩定的低漂移光電探測器作為測量系統頻率和振幅穩定性的參考。 

    測試表明,除了低于1兆赫和高于5兆赫外,在整個頻率范圍內符合LISA規范,并且在噪聲方面也非常符合。如果測試顯示與規范有微小偏差,研究人員已經確定了可能的原因,并提出了微調系統的解決方案。這些解決方案包括對種子激光器的一些技術改進,例如在諧振器中添加一個端口以降低高頻噪聲。

      “雖然2030年后不久的發射日期可能看起來很遙遠,但仍有大量的技術開發有待實施。”Lecomte說:“團隊準備為這項令人興奮的努力做出進一步貢獻。” 

    原文來源:https://phys.org/news/2019-09-laser-prototype-space-based-gravitational-detector.html 

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