中国“太极计划”首次设计并实现全功能光粘干涉仪光学平台

中新网北京5月9日电 (记者 孙自法)记者5月9日从中国科学院力学研究所获悉，太极计划继2019年“太极一号”干涉仪成功在轨验证后，中国该所引力波实验中心团队最近又针对“太极计划”对超高精度激光干涉测量的首次设计需求，首次设计并实现适用于“太极计划”的并实全功能光粘干涉仪光学平台。

与此同时，现全学平研究团队完成了该平台系统的功能光粘干涉地面性能测试和噪声评估，从而为“太极计划”引力波探测的仪光干涉仪工程化铺平了道路。

本项研究的全功能干涉仪光学平台的正反面照片。中国科学院力学所 供图

中国科学院力学所介绍，中国“太极计划”是首次设计由中国科学院提出的空间引力波探测方案，中国科学院院士吴岳良担任首席科学家。并实该计划利用3颗卫星组成臂长300万公里的现全学平激光干涉仪，探测频率范围为0.1毫赫兹到1赫兹频段的功能光粘干涉引力波信号。这要求干涉仪具备皮米级的仪光测距精度，并对环境控制、太极计划仪器性能和噪声分析提出了前所未有的挑战。

为满足百万公里级臂长和皮米级测量精度的实际需求，研究团队首先明确干涉仪模型需要具备的各项功能及对应的指标要求，并据此设计出一套全功能干涉仪光学平台。该平台创造性采用“正反分离”的三维布局，有效隔离热源对光路的影响，显著提升了系统在空间环境中的热稳定性。同时，该设计兼容与望远镜、惯性传感器的垂直光束连接，功能完整性高。

本项研究干涉仪的光路设计。中国科学院力学所 供图

依托中国科学院力学所怀柔园区的皮米精度激光干涉平台，研究团队对首次设计并实现全功能光粘干涉仪光学平台进行了全面的稳定性测试和噪声评估。其中，研究团队针对噪声源研发出一套数据后处理抑制方法，实现干涉仪灵敏度曲线将目标频段的系统稳定性提高了一个数量级，使其性能满足“太极计划”空间引力波探测任务对干涉仪系统的指标要求。

研究团队表示，本项研究是“太极计划”干涉仪系统由原理样机向工程样机转换的重要里程碑，不仅验证了全功能光粘干涉仪光学平台的技术可行性，还为后续“太极计划”更高精度的噪声消减工作提供了理论依据与数据支撑。

本项研究的干涉仪噪声抑制效果。中国科学院力学所 供图

据悉，“太极计划”这项重要新突破成果，由中国科学院力学所引力波实验中心团队与合作者共同完成，相关研究论文近日在国际学术期刊《研究》(Research)发表。(完)