[发明专利]基于双向飞秒脉冲的深空引力波探测方法及装置

权利要求书

1.一种双向飞秒脉冲高精度位移探测方法，其特征在于：该方法步骤如下：

a、将主星、从星A和从星B按照预设轨道发射，三颗卫星均匀分布在太阳系轨道上，构成边长约为2.7亿公里的等边三角形；主星分别与从星A和从星B构成两个等臂长的测量臂，对两个臂长的相对变化进行精密探测；

b、在位于主星的测量端中，一号飞秒激光器(2)发出的飞秒激光脉冲序列经过一号分光光路(11)后分为两束；第一束作为测量信号A发射向遥远的从星A，第二束作为测量信号B发射向遥远的从星B；

c、在位于从星A的一号主动反射器中，二号飞秒激光器(9)发出的飞秒激光脉冲序列经过二号分光光路(10)后分为两束；其中一束作为回光信号A发射回遥远的主星，另一束作为参考信号A与探测到的测量信号A一同由二号平衡光电探测单元(7)进行探测；对参考信号A与探测到的测量信号A进行平衡光电探测后产生反馈信号，进而对二号飞秒激光器(9)的腔长进行反馈控制，通过改变其脉冲重复频率，实现参考信号A与探测到的测量信号A的高精度脉冲时域互锁；同时，在位于从星B的二号主动反射器中，三号飞秒激光器(6)发出的飞秒激光脉冲序列经过三号分光光路(3)后分为两束；其中一束作为回光信号B发射回遥远的主星，另一束作为参考信号B与探测到的测量信号B一同由三号平衡光电探测单元(4)进行探测；对参考信号B与探测到的测量信号B进行平衡光电探测后产生反馈信号，进而对三号飞秒激光器(6)的腔长进行反馈控制，通过改变其脉冲重复频率，实现参考信号B与探测到的测量信号B的高精度脉冲时域互锁；

d、在位于主星的测量端中，探测到的回光信号A和回光信号B一同由一号平衡光电探测单元(1)进行探测；对回光信号A和回光信号B进行平衡光电探测后产生反馈信号，通过光延迟线扫描的方式对回光信号B的光程进行反馈控制，实现回光信号A和回光信号B的高精度脉冲时域互锁；

e、当引力波以合适的角度扫过时，两个测量臂将产生极为微小的反向位移，导致回光信号A和回光信号B在时域上产生偏差；一号控制单元(13)控制光延迟线扫描单元(12)改变回光信号B的光程，使得回光信号A和回光信号B的脉冲序列重新锁定，则精密位移台(49)产生的位移量即为两个测量臂产生的位移之差。

2.一种基于双向飞秒脉冲的深空引力波探测装置，其测量端包括一号飞秒激光器(2)、一号分光光路(11)、一号平衡光电探测单元(1)、一号控制单元(13)和光延迟线扫描单元(12)；其特征在于：在两个被测端分别设置了一号主动反射器和二号主动反射器，构成对引力波信号的等臂长差动探测结构，两个等长的测量臂均采用了脉冲时域锁定式双向测量结构；所述一号主动反射器由二号飞秒激光器(9)、二号分光光路(10)、二号平衡光电探测单元(7)和二号控制单元(8)组成；二号飞秒激光器(9)的输出光指向二号分光光路(10)；二号分光光路(10)的输出光分别指向测量端和二号平衡光电探测单元(7)的输入端；二号平衡光电探测单元(7)的输出端连接到二号控制单元(8)的输入端；二号控制单元(8)的输出端连接到二号飞秒激光器(9)；所述二号主动反射器由三号飞秒激光器(6)、三号分光光路(3)、三号平衡光电探测单元(4)和三号控制单元(5)组成；三号飞秒激光器(6)的输出光指向三号分光光路(3)；三号分光光路(3)的输出光分别指向测量端和三号平衡光电探测单元(4)的输入端；三号平衡光电探测单元(4)的输出端连接到三号控制单元(5)的输入端；三号控制单元(5)的输出端连接到三号飞秒激光器(6)；

所述一号分光光路(11)的结构是：一号飞秒激光器(2)的输出光经过一号四分之一波片(14)和一号偏振分光镜(15)后分为两束；其中一束透射光经过四号四分之一波片(29)和一号扩束准直器(30)后射向一号主动反射器；另一束反射光经过二号四分之一波片(16)和三号扩束准直器(17)后射向二号主动反射器；一号主动反射器发射过来的激光经过二号扩束准直器(40)、五号四分之一波片(41)、二号反射镜(42)和二号偏振分光镜(43)后射向一号平衡光电探测单元(1)；二号主动反射器发射过来的激光经过四号扩束准直器(27)、三号四分之一波片(28)和一号反射镜(44)后射向角锥反射镜(46)；角锥反射镜(46)的反射光经二号偏振分光镜(43)反射后射向一号平衡光电探测单元(1)；

所述二号分光光路(10)的结构是：二号飞秒激光器(9)的出射光经过七号四分之一波片(36)和四号偏振分光镜(37)后分为两束；其中一束透射光经过八号四分之一波片(38)和六号扩束准直器(39)后射向主星测量端；另一束反射光经过三号偏振分光镜(33)后射向二号平衡光电探测单元(7)；同时，从主星测量端发射过来的激光先后经过五号扩束准直器(31)、六号四分之一波片(32)和三号偏振分光镜(33)后也射向二号平衡光电探测单元(7)；

所述三号分光光路(3)的结构是：三号飞秒激光器(6)的出射光经过十号四分之一波片(23)和六号偏振分光镜(24)后分为两束；其中一束透射光经过十一号四分之一波片(25)和八号扩束准直器(26)后射向主星测量端；另一束反射光经过五号偏振分光镜(20)后射向三号平衡光电探测单元(4)；同时，从主星测量端发射过来的激光先后经过七号扩束准直器(18)、九号四分之一波片(19)和五号偏振分光镜(20)后也射向三号平衡光电探测单元(4)。