空間引力波探測系統光程噪聲研究獲進展

2021-02-25 中科院之聲

如同平靜的湖面會因突然越出水面的魚而泛起漣漪，在宇宙中發生的大質量天體相撞，同樣會在時空中泛起漣漪，並以波的形式向宇宙各個方向傳播，這就是引力波。有經驗的漁民可以通過水麵漣漪的波紋判斷魚的種類和大小，同樣地，科學家也可以通過探測到的引力波來分析天體的質量，尋找宇宙的奧秘。

中國科學院力學研究所引力波實驗中心團隊從幹涉機理出發，分析了影響空間幹涉測距系統精度的抖動光程耦合噪聲。該研究通過澤尼克多項式擬合系統波前差（圖1）建立了完備的抖動光程耦合噪聲的物理模型。科研人員利用蒙特卡洛算法全面分析了波前差對抖動光程耦合噪聲影響（圖2），並提出了一種利用幹涉光束與探測器間的橫向偏移減小抖動光程耦合噪聲的新方法（圖3）。同時，研究人員利用光束的遠場傳輸模型，分析了像差耦合指向抖動對測量精度的影響。上述工作對全鏈路空間雷射幹涉測距系統的搭建具有重要的指導意義。

相關研究成果分別以Tilt-to-length noise coupled by wavefront errors in the interfering beams for the space measurement of gravitational waves 和The far-field optical path noise coupled with the pointing jitter in the space measurement of gravitational waves 為題，發表在Optics Express與Applied Optics上。

圖1.澤尼克多項式擬合的波前

圖2.利用蒙特卡洛算法分析的波前差與光程噪聲的耦合關係

圖3.探測器與光束間的橫向偏移對抖動光程噪聲的影響

來源：中國科學院力學研究所

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