【摘要】：低頻信號(hào)(10 Hz及以下頻段)的散粒噪聲極限測(cè)量在引力波探測(cè)、磁致真空雙折射效應(yīng)觀測(cè)等基礎(chǔ)物理研究中具有重要的科學(xué)意義。相敏外差探測(cè)方法對(duì)低頻信號(hào)具有高靈敏探測(cè)能力,在散粒噪聲極限低頻信號(hào)探測(cè)中有潛在應(yīng)用前景,近年來(lái)引起國(guó)內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。但是,相敏外差探測(cè)作為一種新的探測(cè)方法,還需要在理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步研究才能在實(shí)際科學(xué)研究中發(fā)揮作用。本文通過(guò)Mach-Zehnder干涉儀產(chǎn)生低頻振幅信號(hào)、Fabry-Perot干涉儀產(chǎn)生低頻位相信號(hào),開(kāi)展散粒噪聲極限低頻信號(hào)的相敏外差探測(cè)理論和實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算、方案設(shè)計(jì)、裝置搭建、數(shù)據(jù)采集,處理以及噪聲分析,最后得到如下結(jié)果:(1)對(duì)低頻振幅信號(hào)的測(cè)量在10 Hz頻率附近(最低至0.2 Hz)達(dá)到了散粒噪聲極限,實(shí)現(xiàn)了相干態(tài)光信號(hào)的高靈敏度測(cè)量;(2)對(duì)低頻位相信號(hào)的探測(cè)在1 Hz頻率附近接近散粒噪聲極限,主要受限于該頻段的電子學(xué)噪聲。低頻位相信號(hào)的探測(cè)實(shí)驗(yàn)方案利用位相鎖定的頻率合成光實(shí)現(xiàn)了Fabry-Perot腔的鎖定,在殘余幅度調(diào)制伺服系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),探測(cè)器的噪聲水平在0.3-100 mHz的頻段降低了2個(gè)量級(jí),比傳統(tǒng)的位相調(diào)制光鎖腔技術(shù)的噪聲低10 dB,此結(jié)果獲得了國(guó)際同行的認(rèn)可。本文的研究為相敏外差探測(cè)方法在低頻信號(hào)(10 Hz及以下頻段)的散粒噪聲極限測(cè)量中的應(yīng)用,奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),可望對(duì)低頻引力波探測(cè)等科學(xué)前沿研究產(chǎn)生積極影響。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O412.1
【圖文】：

基礎(chǔ)物理學(xué)發(fā)展中一個(gè)里程碑式的進(jìn)展是地面引力波觀測(cè)站 LIGO成功捕捉到大型天體碰撞產(chǎn)生的引力波信號(hào)[1][2]（圖 1.1）。這一重大科研成果不僅進(jìn)一步驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦提出的廣義相對(duì)論[3]，而且激發(fā)了科學(xué)家通過(guò)引力波窗口觀察宇宙、研究其起源的極大熱情。目前，引力波探測(cè)的頻段在 100 Hz 附近；但更大天體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的引力波信號(hào)的頻率可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 100 Hz，甚至?xí)_(dá)到毫赫茲（mHz）波段[4]。要探測(cè) 100 Hz 以下的低頻引力波信號(hào)，需要解決低頻信號(hào)探測(cè)相關(guān)的很多科學(xué)問(wèn)題。比如，在 10 Hz 及以下頻段，探測(cè)器自身的電子學(xué)噪聲水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于引力波信號(hào)；只有在 10 Hz 及以下頻段將探測(cè)器噪聲水平降低到系統(tǒng)的散粒噪聲極限[5-14]，才有可能探測(cè)到這些引力波信號(hào)。因此，研究 10 Hz及以下頻段信號(hào)的散粒噪聲極限探測(cè)對(duì)于引力波探測(cè)及相關(guān)的基礎(chǔ)物理學(xué)研究具有十分重要的價(jià)值。

精密測(cè)量中的應(yīng)用奠定理論和實(shí)驗(yàn)基原子光譜檢測(cè)[36]、光學(xué)磁力檢測(cè)[37][3們對(duì)外差探測(cè)中 3dB 額外量子噪聲問(wèn)題的理解。散粒噪聲極限探測(cè)在基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)合適的光電探測(cè)方法，該方面的研究來(lái)相敏外差探測(cè)方法的發(fā)明。所以，光電探測(cè)器及其量子性質(zhì)的研究；下

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 彭X墀;光場(chǎng)壓縮態(tài)的產(chǎn)生及其在亞散粒噪聲光學(xué)測(cè)量和量子信息中的應(yīng)用[J];物理;2001年05期

本文編號(hào)：2720296