[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

摘要

基于双向飞秒脉冲的深空引力波探测方法及装置属于引力波探测领域，该方法通过扫描光延迟线实现对引力波信号的等臂长差动探测，探测灵敏度可以达到亚纳米量级；两个测量臂均采用了脉冲时域锁定式双向测量结构，将系统回光功率由距离的四次方衰减函数变为了平方衰减函数，实现了上亿公里尺度的深空引力波探测；该装置包括位于主星的测量端、位于从星A的一号主动反射器和位于从星B的二号主动反射器，避免了相距遥远的卫星间的实时通信和高精度时钟同步问题。

主权项

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。