激光干涉仪引力波探测器的基本光学结构

摘要：引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。作为一种大型的精密光学仪器并作为引力波天文学研究的关键设备，激光干涉仪引力波探测器已在世界各地蓬勃发展起来，开辟了引力波探测的新时代。给出了激光干涉仪引力波探侧器的工作原理和基本光学结构，讨论了主要的性能参数，分析了光学镜的结构特点及测量方法。

引言

引力波是爱因斯坦广义相对论最重要的预言,引力波探测是当代物理学重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门正在崛起的新兴交叉科学,由于引力辐射独特的物理机制和特性,使得引力波天文学研究的范围更广泛﹑更全面,物理分析更精确﹑更深刻。它以全新的探测理念和探测方法揭示宇宙的奥秘,探寻未知的天体和物质。它能提供其他天文观测方法不可能获得的信息,加深人们对宇宙中天体结构的认识,是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后,人类观测宇宙的一个新窗口,是对电磁辐射天文学巨大的拓展与补充。作为一种大型的精密光学仪器并作为引力波天文学研究的关键设备,激光干涉仪引力波探测器已在世界各地蓬勃发展起来,开辟了引力波探测的新时代,为引力波天文学研究提供了锐利的武器。

1.激光干涉仪引力波探测器的工作原理

用干涉仪进行科学探测的基本原理是比较光在其相互垂直的两臂中度越时所用的时间。当引力波在垂直于干涉仪所在的平面入射时,由于特殊的偏振特性,它会以四极矩的形式使空间畸变,也就是说,会以引力波的频率,在一个方向上把空间拉伸,同时在与之垂直的方向上把空间压缩,反之亦然。对于激光干涉仪来说,当引力波通过时,干涉仪相互垂直的两臂所在的那部分空间自然也产生拉伸或压缩效应。也就是说,引力波会使干涉仪的一臂伸长而同时又使另一臂缩短。比较光在相互垂直的两臂中度越时所用的时间的变化,就能探测引力波产生的效应,从而知道引力波是否存在。激光干涉仪引力波探测器的工作原理[1]如图 1所示。

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