揭开LIGO激光干涉观测台神秘面纱

2016-2-23 14:21| 发布者: update| 查看: 2396| 评论: 6

摘要: 自春节以来,最为轰动的科技新闻莫过于首次探测到了引力波的存在,从而证实了爱因斯坦百年前在广义相对论中的预言。引力波的相关消息如潮水般的涌来,现在也正如潮水般的渐渐退却,但探测到引力波的观测台(LIGO)却 ...

自春节以来,最为轰动的科技新闻莫过于首次探测到了引力波的存在,从而证实了爱因斯坦百年前在广义相对论中的预言。引力波的相关消息如潮水般的涌来,现在也正如潮水般的渐渐退却,但探测到引力波的观测台(LIGO)却给人们留下了深刻的印象。


LIGO激光干涉引力波观测台是由加州理工和麻省理工合作建造,位于美国华盛顿州汉福德地区,引力波如此微弱,它是如何探测到的呢?他的构造用到了哪些光电技术呢?小编带您走进捕捉神秘莫测引力波踪迹的观测台去一窥究竟。

LIGO全景,相互垂直的两条激光干涉基线各自长达四千米,并且激光在基线内反射了400次,光路总长度达到1600千米,即使这样,这次探测到的引力波振幅也仅仅只有10的负21次方,大约相当于一个质子半径长度。说它是世界上最精密的探测仪器,不为过。

正因为引力波是如此微弱,建在地上的LIGO需要极其精妙的设计来避免干扰。在宣布发现引力波的发布会上,麻省理工的莱纳·魏斯正在向媒体演示LIGO消除震动干扰的原理:高频摇动锤摆的绳端,锤摆并不会受到干扰。顺便提一句,这位老教首先提出了使用激光干涉来探测引力波的原理,是LIGO的理论之父。

魏斯手中的锤摆化成LIGO的实际成品就是图中这样,升级后的LIGO使用了更复杂更精密的抗干扰设备,但原理还是一样,激光反射镜是吊在基线管道里。

反射镜上面是基于主动减震技术的隔离平台,就是图中这个科研人员正在摆弄的台子,可以看做是大号的相机光学防抖。

LIGO的核心部件之一,纯二氧化硅制的反射镜,纯到什么程度,每300万个光子入射,只有一个光子会被镜子吸收,甚至比空气还要通透。

科研人员正在维护LIGO的激光干涉基线管道,工作时激光经过的管道要抽成真空,,气压仅为万亿分之一个标准大气压,仅次于欧洲大型强子对撞机回旋臂管道。

技术人员在检查激光反射光学部件。从原理上讲,LIGO类似小时候玩的镜子反光游戏,经过精密设计的两束激光通过反射相互垂直并形成光波干涉抵消,如果被引力波影响,整个LIGO会产生轻微形变,但光速不变,从而使两束激光波峰波谷相互错位而产生电信号。

实际上,采用激光干涉原理探测引力波的不只是美国LIGO,还有意大利的VIRGO,这是技术人员在操作VIRGO

VIRGO的工作人员在维护反射镜

相比LIGO四千米厂的激光臂,VIRGO的3千米激光臂稍短,或许这一点差异正是LIGO首先探测到引力波的原因

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