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。     

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,必须和众多的噪声作斗争。     

引力波与引力波探测

简要介绍引力波的理论预言与探测现状 ,讨论近年来激光干涉仪引力波探测器的研制工作。     

激光干涉引力波天文台探测到的引力波事件中的黑洞

2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)发布了震惊世界的科学新闻：爱因斯坦100年前预言的引力波终于被人类探测到了！而且这个引力波事件GW150914来自于两个恒星级质量黑洞的并合！众多大众和专业媒体都对此做了大量的报道和介绍,引起了大众的普遍关注,因此文章将从不同的角度简要回答有关产生这个引力波事件中的两个黑洞的几个问题：为什么爱因斯坦不相信黑洞存在？怎么知道这样的天体是黑洞？物质是如何掉到黑洞里面的？如何获得独立的证据证明这样的引力波事件的确来自于黑洞的并合？探测这样的引力波事件对于我们理解黑洞有什么进一步的作用？     

用引力波探索宇宙空间的新进展

简述了人类通过接收不同波长、不同类型的电磁波(包括可见光波)来认识宇宙的历史进程.重点介绍当前物理学家用引力波探索宇宙空间的原理、观测设施、观测原理及最新进展.     

引力、引力波和引力波的探测

简要地回顾了引力和引力波概念的由来,以及人们为探测引力波所作的各种努力．     

激光全息干涉检测技术

介绍利用激光全息干涉计量对物体进行检测的技术,给出了实验装置和对文进行检测的图片。     

多光束激光干涉光刻图样

利用电磁理论,研究了多光束激光干涉图样的产生原理,结合计算机数值模拟和相关实验结果,分析了干涉图样的影响因素。研究结果表明：多光束激光干涉图样可以看成是多组余弦分布的平行线条纹的叠加;相干光束的偏振方向、入射方向、光束间相差是干涉图样的重要影响因素,改变这些因素,余弦分布的平行线条纹的振幅、置、周期和方向发生变化,图样也随之变化。     

激光干涉法测量弹性模量

从光的干涉原理出发，讨论了金属丝弹性模量的光电测量方法．设计了激光干涉法测量长度微变量的测量装置，并介绍了测量原理，给出了动镜移动方向判别电路．     

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。     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

激光干涉引力波天文台

<正>激光干涉引力波天文台(LIGO)由分别在华盛顿州的汉弗德(Hanford)和路易斯安纳州的利弗斯通(Livingston)的两台孪生引力波探测器组成,它们彼此相距3000千米。当两个探测器同时探测到信号,才有可能是引力波。该天文台建于1999年,2002年开始运行,2015年9月14日探测到信号。     

空间引力波探测计划-LISA系统设计要点

为了验证广义相对论,世界各国竞相开展了空间引力波探测方面的研究。本文以欧洲空间引力波探测LISA(Laser Interferometer Space Antenna)计划为例,根据基线设计,对LISA系统有效载荷及主要组件的设计进行了分析和阐述。LISA主要探测和研究低频引力波辐射,其工作频段为10^-3~1 Hz,工作距离为5×10⁶ km,预计能探测到双致密星系统以及星系合并引起的超大质量并合等波源,测距精度达到pm量级。以上研究希望能对我国未来的空间引力波探测计划有一定启示。     

激光干涉法测引力常量

在扭摆法测量引力常量的基础上,提出利用激光干涉法测扭转偏角,并采用磁感应力来消减周围环境的噪声干扰,能使引力常量G的测量精度有很大提高.     

用于激光载波通信的激光干涉调制演示仪

本介绍了具有结构简单、体积小、操作方便、开放式、演示过程良好的激光干涉调制演示仪。     

利用激光干涉测钢丝的杨氏弹性模量

分析了在洛埃镜干涉装置中等效双狭缝间距变化对干涉条纹密度的影响。导出了钢丝因受力引起的绝对伸长量与干涉条纹密度变化之间的关系 ,并通过它计算了钢丝的杨氏弹性模量。结果表明 ,激光干涉法不仅比光杠杆法测量的量要少 ,而且用该方法通过测微目镜测条纹的位置要比光杠杆法通过望远镜对标尺读数精确 ,其测量结果要比光杠杆法更准确可靠     

引力波来了

正相距3000 km的两台激光干涉仪,几乎同时听到了远方的召唤——激情共舞的两个黑洞,终于胜利会师,唱响了嘹亮的战歌。2016年2月11日,激光干涉式引力波观测项目(LIGO)负责人宣布,"我们检测到了引力波。我们成功了!"四十多年艰苦卓绝的研究工作,终于取得了辉煌的成就。上世纪60年代,麻省理工学院的Rainer Weiss提出,可以用干涉仪测量引力波。1972年,Weiss在一份内部报告中,讨论了长度为几千米的激光干涉仪,列出了所有可     

液面微幅波动的激光干涉测量

对于低频微幅的液面波动,提出了一种激光干涉测量方法.实验上观察到了清晰、稳定的激光干涉图样.干涉图样受到调制,光强在两边界位置达到极大,形成两个极亮条纹.干涉条纹被限制在两个极亮条纹之间的确定区域内.根据光干涉理论推导出了调制干涉条纹光强度、相邻条纹角宽度、干涉区域角宽度与液面波物理参量之间的解析关系,该理论分析与实验...     

压缩的光线和引力波

一种在高精度光学测量中降低啄声的方法将很快用于引力波的探测，探测引力波的最有希望的途径是观测引力波在探测器中（如激光干涉仪引力波观测站）悬挂着的镜子上的细微的效应．     

用激光干涉仪检测引力波

 1887年,迈克尔逊和莫雷用干涉仪所做的实验,证明了相对于“以太”的绝对运动是不存在的,“以太”不能作为绝对参照系,该实验成了爱因斯坦狭义相对论的实验基础。 如今,爱因斯坦的相对论问世80年了,其理论已被物理界很多学者所验证和确认。但是,爱因斯坦的理论所预言的“引力波”还未被任何实验所验证,爱因斯坦的“电磁力与引力统一”理论认为,对应电荷振动释放“电磁波”,质量振动,要释放“引力波”。电磁波容易检测,而引力波因强度太低很难检测。例如,质量为1万吨,长为2m的棒,以每秒200圈旋转时放出的引力波,在2000km处,只能引起10^-37的空间波动(即相距为1m的两质点间距离变化不过10^-37m)。这个值用现代科技手段是不可能检测的。 值得庆幸的是,在天体运动变化中,有巨大能量以引力波的形式放出的现象。如两个中子星合体时会放出强引力波;超新星爆发时,其巨大的潜能释放,会放出强引力波脉冲。