面向空間引力波探測的低噪聲激光器研究進(jìn)展（特邀）

柳強(qiáng)，王在淵，王潔浩，李宇航

（1 清華大學(xué)精密儀器系，北京 100084）

（2 光子測控技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

0 引言

愛因斯坦在1916 年發(fā)表的廣義相對論中預(yù)言了引力波的存在［1］。由于引力波信號非常微弱，需要靈敏度極高的探測器才能探測。在經(jīng)歷了以韋伯共振棒為代表的引力波探測器的失敗后［2］，人們提出了用激光干涉儀探測引力波的構(gòu)想［3］。2015 年，利用靈敏度為10-23量級的第二代激光干涉儀引力波探測器（advanced LIGO，aLIGO），人類探測到第一個引力波事例GW50914［4］。至今，以LIGO 為代表的地面激光干涉儀引力波探測器已經(jīng)探測到50 多個引力波事例［5］。事實(shí)證明，激光干涉儀（Laser Interferometer）探測靈敏度高，頻帶寬度大，具有廣闊的發(fā)展前景，是目前引力波探測器中的主流設(shè)備［6］。引力波已經(jīng)成為人類觀測宇宙的新窗口，開展引力波探測對研究宇宙的起源和進(jìn)化具有重要的意義，是當(dāng)代物理學(xué)重要的前沿領(lǐng)域之一［7］。

引力波覆蓋的頻率范圍非常寬，在低頻段存在更高紅移、更大特征質(zhì)量和尺度的引力波波源。如正在吞噬周圍天體的超大質(zhì)量黑洞，由于其輻射的引力波頻率較低，一般為mHz 量級［6］，受限于地表震動、引力梯度噪聲等因素的影響，采用地面引力波探測器難以實(shí)現(xiàn)低頻段的引力波探測。1990 年，歐洲空間局（European Space Agency，ESA）提出用激光干涉儀空間天線（Laser Interferometer Space Antenna，LISA）探測低頻段的引力波［8］。其原理是利用空間相距十萬甚至上百萬千米的測試質(zhì)量把引力波信號轉(zhuǎn)化為測試質(zhì)量間距變化的信號，然后利用高精度的激光干涉儀測量出該變化信號。……