[发明专利]基于中继式飞秒脉冲的深空引力波探测装置

摘要

基于中继式飞秒脉冲的深空引力波探测装置属于引力波探测领域，该装置包括测量端、一号飞秒锁相中继器、二号飞秒锁相中继器和三号飞秒锁相中继器、四号飞秒锁相中继器、五号飞秒锁相中继器和六号飞秒锁相中继器；本发明对引力波信号进行等臂长差动探测，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中继测量结构，通过三个飞秒锁相中继器的级联对测量光的光功率进行放大，实现了外太阳系尺度的深空引力波探测；测量端与六个飞秒锁相中继器之间相对独立，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

一种基于中继式飞秒脉冲的深空引力波探测装置，包括测量端(1)；其特征在于：一号飞秒锁相中继器(5)、二号飞秒锁相中继器(6)、三号飞秒锁相中继器(7)、四号飞秒锁相中继器(2)、五号飞秒锁相中继器(3)和六号飞秒锁相中继器(4)，构成了脉冲时域锁定式中继测量结构；所述测量端(1)的输出光分别指向一号飞秒锁相中继器(5)和四号飞秒锁相中继器(2)的输入端，一号飞秒锁相中继器(5)的输出光指向二号飞秒锁相中继器(6)的输入端，二号飞秒锁相中继器(6)的输出光指向三号飞秒锁相中继器(7)的输入端，四号飞秒锁相中继器(2)的输出光指向五号飞秒锁相中继器(3)的输入端，五号飞秒锁相中继器(3)的输出光指向六号飞秒锁相中继器(4)的输入端，三号飞秒锁相中继器(7)和六号飞秒锁相中继器(4)的输出光均指向测量端(1)；所述测量端(1)的结构是：本地飞秒激光器(51)发出的激光经过一号四分之一波片(52)和一号偏振分光镜(80)后分为两束；其中一束透射光经过四号四分之一波片(15)和一号扩束准直器(16)后射向一号飞秒锁相中继器(5)；另一束反射光经过二号四分之一波片(53)和三号扩束准直器(54)后射向四号飞秒锁相中继器(2)；从三号飞秒锁相中继器(7)发射过来的激光经过二号扩束准直器(84)、五号四分之一波片(83)和二号偏振分光镜(45)后射向本地平衡光电探测单元(46)；从六号飞秒锁相中继器(4)发射过来的激光经过四号扩束准直器(78)、三号四分之一波片(79)、一号反射镜(81)、角锥反射镜(50)、二号反射镜(82)和二号偏振分光镜(45)后也射向本地平衡光电探测单元(46)；角锥反射镜(50)固定在精密位移台(49)上，精密位移台(49)位于精密直线导轨(48)上，本地平衡光电探测单元(46)的输出端连接到本地控制单元(47)的输入端，本地控制单元(47)的输出端连接到精密位移台(49)；所述一号飞秒锁相中继器(5)的结构是：一号飞秒激光器(19)发出的激光经过七号四分之一波片(21)和三号偏振分光镜(22)后分为两束；其中一束透射光经过八号四分之一波片(24)和六号扩束准直器(25)后射向二号飞秒锁相中继器(6)，另一束反射光直接射向一号平衡光电探测单元(23)；从测量端(1)发射过来的激光经过五号扩束准直器(17)、六号四分之一波片(18)、三号反射镜(86)和三号偏振分光镜(22)后也射向一号平衡光电探测单元(23)；一号平衡光电探测单元(23)的输出端连接到一号控制单元(20)的输入端，一号控制单元(20)的输出端连接到一号飞秒激光器(19)；所述二号飞秒锁相中继器(6)的结构是：二号飞秒激光器(31)发出的激光经过十号四分之一波片(32)和五号偏振分光镜(33)后分为两束；其中一束透射光经过十一号四分之一波片(34)和八号扩束准直器(35)后射向三号飞秒锁相中继器(7)，另一束反射光经过四号偏振分光镜(28)后射向二号平衡光电探测单元(29)；从一号飞秒锁相中继器(5)发射过来的激光经过七号扩束准直器(26)、九号四分之一波片(27)和四号偏振分光镜(28)后也射向二号平衡光电探测单元(29)；二号平衡光电探测单元(29)的输出端连接到二号控制单元(30)的输入端，二号控制单元(30)的输出端连接到二号飞秒激光器(31)；所述三号飞秒锁相中继器(7)的结构是：三号飞秒激光器(38)发出的激光经过十三号四分之一波片(40)和六号偏振分光镜(41)后分为两束；其中一束透射光经过十四号四分之一波片(43)和十号扩束准直器(44)后射向测量端(1)，另一束反射光直接射向三号平衡光电探测单元(42)；从二号飞秒锁相中继器(6)发射过来的激光经过九号扩束准直器(36)、十二号四分之一波片(37)、四号反射镜(85)和六号偏振分光镜(41)后也射向三号平衡光电探测单元(42)；三号平衡光电探测单元(42)的输出端连接到三号控制单元(39)的输入端，三号控制单元(39)的输出端连接到三号飞秒激光器(38)；所述四号飞秒锁相中继器(2)的结构是：四号飞秒激光器(56)发出的激光经过十六号四分之一波片(58)和七号偏振分光镜(60)后分为两束；其中一束透射光经过十七号四分之一波片(61)和十二号扩束准直器(62)后射向五号飞秒锁相中继器(3)，另一束反射光直接射向四号平衡光电探测单元(59)；从测量端(1)发射过来的激光经过十一号扩束准直器(77)、十五号四分之一波片(55)、五号反射镜(75)和七号偏振分光镜(60)后也射向四号平衡光电探测单元(59)；四号平衡光电探测单元(59)的输出端连接到四号控制单元(57)的输入端，四号控制单元(57)的输出端连接到四号飞秒激光器(56)；所述五号飞秒锁相中继器(3)的结构是：五号飞秒激光器(68)发出的激光经过十九号四分之一波片(69)和九号偏振分光镜(70)后分为两束；其中一束透射光经过二十号四分之一波片(71)和十四号扩束准直器(72)后射向六号飞秒锁相中继器(4)，另一束反射光经过八号偏振分光镜(65)后射向五号平衡光电探测单元(66)；从四号飞秒锁相中继器(2)发射过来的激光经过十三号扩束准直器(63)、十八号四分之一波片(64)和八号偏振分光镜(65)后也射向五号平衡光电探测单元(66)；五号平衡光电探测单元(66)的输出端连接到五号控制单元(67)的输入端，五号控制单元(67)的输出端连接到五号飞秒激光器(68)；所述六号飞秒锁相中继器(4)的结构是：六号飞秒激光器(8)发出的激光经过二十二号四分之一波片(10)和十号偏振分光镜(12)后分为两束；其中一束透射光经过二十三号四分之一波片(13)和十六号扩束准直器(14)后射向测量端(1)，另一束反射光直接射向六号平衡光电探测单元(11)；从五号飞秒锁相中继器(3)发射过来的激光经过十五号扩束准直器(73)、二十一号四分之一波片(74)、六号反射镜(76)和十号偏振分光镜(12)后也射向六号平衡光电探测单元(11)；六号平衡光电探测单元(11)的输出端连接到六号控制单元(9)的输入端，六号控制单元(9)的输出端连接到六号飞秒激光器(8)。