摘要：空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及频率噪声等,光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件,其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上,采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计;在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制;结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试,并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明:所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,小于空间引力波探测对激光光源噪声要求;进一步当入射光功率为400μW时,测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上;激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10^(-2)V/Hz^(1/2),实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征,为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。

摘要：引力波探测打开了探索宇宙的新窗口,开启了多信使天文学时代.大型激光干涉仪作为空间及地基引力波探测装置,需要使用低噪声激光光源,通过光电负反馈降噪技术可以抑制激光噪声,提高大型激光干涉仪的灵敏度.光电负反馈控制需要将光电探测器信号与电压基准源信号相减,之后经过比例积分微分器得到误差信号,来控制泵浦电流驱动器的输出功率,从而实现激光噪声抑制.由于光电探测器信号受激光强度影响,其输出电压在一定范围内变化,这就需要电压基准源信号的输出电压可变;另外,电压基准源的性能直接影响反馈控制环路的整体性能,是激光噪声抑制的下限.本文通过选定低噪声基准芯片及数模转换芯片,设计外控电路、采用低温漂系数元件、通过精密布板及电磁屏蔽等方案,研发高精度低噪声程控电压基准源;并通过可编程逻辑门阵列模块编程控制数模转换,实现程控电压基准源输出电压精密变化.结果表明:所研发的电压基准源输出电压范围为-10V—+10 V,输出电压分辨率达20 bit,在空间引力波频段输出电压的相对噪声谱密度低于9.6×10^(-6)Hz^(-1/2),基准源噪声性能均优于相应引力波探测中对激光强度噪声要求,为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑.

摘要：通过选定低噪声电压基准芯片作为光电二极管的稳定偏压,采用低暗电流光电二极管,设计外围跨阻放大电路,利用低温漂系数元件,温控及电磁屏蔽等,研发低噪声光电探测器,并通过低频段强度噪声评估系统对其噪声进行测试评估。实验结果表明:所研发的低噪声探测器在空间引力波频段的电子学噪声谱密度在1.649×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,在0.1 mHz处为1.649×10^(-5)V/Hz^(1/2),在1 mHz处为6.95×10^(-6)V/Hz^(1/2),在1 Hz处为7.07×10^(-8)V/Hz^(1/2);在8 mW激光入射光电二极管时,探测器抬高为40 dB。该探测器噪声性能均小于相应引力波探测中对激光强度噪声的要求,可为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑。