概括
我们开发了一个数字光学相锁循环 (DOPLL),用于在太空引力波干扰仪中精确的激光相锁. 该系统实现了高稳定性和低噪声,这对于检测微弱引力波至关重要.
科学领域:
- 天体物理学和太空科学 天体物理学和太空科学
- 光学工程是指光学工程.
- 激光物理 激光物理
背景情况:
- 太空中的引力波干扰仪 (SGWI) 需要高度稳定的激光相锁,以进行敏感的测量.
- 现有的方法在实现极弱光信号的相锁定方面面临挑战,如LISA等任务所要求的100比卡瓦特 (pW) 以下.
- 精确控制激光相对于引力波检测中的信号噪声比率至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证一个数字光学相锁环 (DOPLL) 系统,能够相锁弱光信号.
- 评估用于SGWI应用开发的DOPLL的稳定性,准确性和噪声性能.
- 为了证明在未来的太空引力波任务中使用DOPLL用于激光相位控制的可行性.
主要方法:
- 实施数字光学相锁环 (DOPLL) 系统.
- 实验阶段锁定一个奴隶激光器到一个主激光器使用皮卡瓦特级光学功率.
- 使用波德图进行稳定性分析,并测量外环阶段噪声底部.
- 异质信号的艾伦标准偏差的表征.
主要成果:
- 一个奴隶激光器成功锁定到一个主激光器的相位,光学功率低至几个皮卡瓦特,远低于LISA要求.
- DOPLL系统没有稳定状态错误,并且稳定性通过波德图分析得到证实.
- 实现的外环阶段噪声底值为2.3×10−4和5.2×10−4 rad/√Hz,接近射击噪声极限.
- 异质信号的艾伦标准偏差在1000秒内达到3.1×10-17.
结论:
- 开发的DOPLL对于SGWIs中弱光相锁定非常有效.
- 该系统表现出卓越的稳定性和噪声性能,满足引力波检测的严格要求.
- 在SGWI传感器和其他敏感光学系统中,DOPLL显示出显著的应用前景.
