引力波探测中激光干涉量子噪声分析及压制
文献类型:学位论文
作者 | 曾晓强 |
答辩日期 | 2025-05-15 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院大学 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 杨然 |
关键词 | 引力波探测 量子噪声 量子传递函数 真空涨落 压缩光 |
学位专业 | 一般力学与力学基础 |
其他题名 | Analysis and suppression of laser interferometric quantum noise in gravitational wave detection |
英文摘要 | 引力波作为爱因斯坦广义相对论的预言,其已能被激光干涉引力波探测器直接探测,从而全面迈入了引力波天文学时代。作为不同于电磁信号的全新媒介信号,引力波必定能为物理学提供重要信息。在具体的激光干涉引力波探测中,为更好地响应不同频段的引力波信号,除地面探测方案外,能够避开地表震动噪声与地表引力梯度噪声以及能实现更长干涉臂长的空间引力波探测也被提出并发展。目前,地面探测已较为成熟,而空间引力波探测仍处于发展阶段。 激光干涉引力波探测以自由悬浮的测试质量为传感客体,以引力波经过时所引起的测试质量间光束的干涉信号相位信息变化为探测对象,由此反演引力波信号。过程中无论对于地面探测还是空间探测,作为本底噪声之一的量子噪声都限制着探测器的灵敏度。量子噪声源于光场的量子特性,其包括辐射压噪声与散粒噪声两类,其中前者作为一种力形式影响测试质量间的相对距离,后者为测距读出时的读出误差,两者在探测过程中均混淆引力波信号对测试质量所产生影响的效应的识别。 为应对量子噪声,进一步提高探测器的灵敏度,本文应用量子传递函数方法从理论上对传统Michelson构型干涉仪的量子噪声源头归咎进行了推导,结果表明,对于辐射压噪声与散粒噪声这两类量子噪声,辐射压噪声可直接归咎于干涉仪暗口处真空涨落的正交振幅涨落,而散粒噪声仅在一定条件下可完全归咎于暗口处真空涨落的正交相位涨落。在明确量子噪声源头归咎的前提下,采用具有更低不确定度的压缩光技术可提高探测器的灵敏度。这一结果在等臂干涉时的结论性质与地面探测实际情况相吻合,并且进一步可推广至不等臂干涉探测器。因此,这一推导结论对类似不等臂干涉的空间引力波探测或许有参考意义。但是,空间引力波探测在细节上不同于传统Michelson干涉,由此本文也提及了如若想在空间引力波探测中推广应用地面探测已采用的压缩光技术可能仍需考虑的问题,包括弱光锁相放大技术的影响、不同干涉仪之间的联系、数据后处理的影响以及对应频段压缩光的制备。 除此之外,本文总结了损耗对于压缩光压缩度的影响,其中损耗通过分束器模型描述。结果表明,损耗会降低压缩光的压缩度,并且降低程度与损耗大小直接相关,而降低的原因为真空涨落噪声的引入。因此,在应用压缩光技术应对量子噪声以提高探测器灵敏度时,需要十分注意光路损耗的把控。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/101214] ![]() |
专题 | 力学研究所_国家微重力实验室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 曾晓强. 引力波探测中激光干涉量子噪声分析及压制[D]. 北京. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式: OAI收割
来源:力学研究所
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