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用激光干涉仪空间天线验证外层空间是真空
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内容简介：直到19世纪晚期，外层空间是真空还是充满“以太”的问题仍未解决。在1887年，迈克耳逊和莫利进行了他们著名的干涉仪实验，有力地确立了外层空间是真空的事实。此理论预言也为爱因斯坦的光速是普适常量的推论铺平了道路。现在计划进行一个巨型迈克耳逊/莫利实验探测这两位科学家以前曾认为不存在的实际波。 用于探测引力波的三航天器LISA计划将在2010年发射。航天器的直径约是2 m，两个航天器间的距离是5×109 m激光干涉仪空间天线(LISA)基本上将是由位于太阳轨道的三个航天器组成等边三角形的巨大迈克耳逊-莫利干涉仪。三角形的每个顶点将包括一架拥有两个独立的红外激光光源并附有反射镜和分光装置的航天器。干涉仪将测量沿着角两边的光路长度的变化，每个方向的光路长度约为500万千米。这些变化归因于空间特定结构的微小波动，它是产生于激变的银河或河外事件的途经引力波引起的。此天线拥有20 pm的精度，将能搜索到任何地球系统都探测不到的低频引力波。 LISA将使用红外激光器，因为需要一台频率非常稳定并能将电能有效地转化为激光能量的高功率连续波激光器。 激光器用两个单块环状Nd∶YAG晶体串联，产生波长1064 nm、功率为1 W的单模输出。将本来可以达到的2 W功率降为1 W，以增加激光器的寿命。 激光器的寿命是这项计划最困难的设计之一。需要的寿命应能维持至少三年的连续运转。航天器最关键的部件将是确定三角形的角的各边端点的反射镜，也确定干涉仪的光路。LISA的反射镜由小验证物质和边长为4 cm的金-铂立方体组成。立方体的一个面将作为干涉仪的反射镜，这是整个设备中最稳定和不受干扰的点。 LISA 的主要困难是确保检验物质间巨大距离仅被引力波改变，而不是被光子或干扰反射镜的其它离子改变。检验物质必须位于太阳周围完全不受干扰的惯性运动轨道上，漂浮在航天器的保护舱中。静电加速计将跟踪参考物质相对于航天器的位置；还有一个太阳能的离子引擎用来调整精确到10 nm的位置扰动。 航天器上的激光器将作为主激光器锁定到航天器携带的参考腔上。即使校准非常好的激光经过500万千米的臂长也会产生发散，这就意味着光束不能简单地被远处航天器的镜子反射。传来的光束被接收航天器的激光器锁相，然后再转发回发射光束的航天器。检验物质间距离的变化通过测量返回激光束的相位延迟来确定。 为经受发射并在没有风扇冷却的真空中运转，激光器必须极其坚固耐用。因为发射后就将没有机会进行维修。否则设计就和商用激光器没什么两样，商用激光器当前是再设计来满足需要，而不是从头设计一台新激光器。(以上由毕纪军供稿
作者：PKU
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