面向第三代地基引力波探测的激光源需求分析

摘要

引力波探测是一项重大国际前沿科技研究,对探索许多基础科学问题具有重大意义,然而引力波探测装置的建设面临着极大的技术挑战.山西大学提出利用废弃地下矿井,建设臂长为10 km、灵敏度达10^(–24)Hz^(–1/2)的地基引力波探测装置的建设计划.理论上,等臂迈克尔逊干涉仪的灵敏度不受光源噪声的限制.但是实际的激光干涉仪受臂腔线宽差异、腔镜反射率差异、腔镜质量差异、腔内功率差异等因素限制,灵敏度依赖于激光源的指标.本文定量分析了激光源指标参数对干涉仪灵敏度的影响,并从地基引力波探测装置的设计灵敏度出发,对激光源的波长、振幅噪声、频率噪声、光束指向噪声和基模纯度提出具体要求.该分析为建设我国的地基引力波探测装置(预期灵敏度达国际上第三代探测器水平)奠定了激光源噪声分析和干涉仪指标分解等方面的坚实基础.