如同平靜的湖面會因突然越出水面的魚而泛起漣漪，在宇宙中發生的大質量天體相撞，同樣會在時空中泛起漣漪，并以波的形式向宇宙各個方向傳播，這就是引力波。有經驗的漁民可以通過水面漣漪的波紋判斷魚的種類和大小，同樣科學家也可以通過探測到的引力波來分析天體的質量，尋找宇宙的奧秘。
為了實現空間引力波的探測，中科院在2008年成立了太極聯盟，力學所是太極聯盟的發起單位之一。太極聯盟規劃了我國空間引力波探測在未來數十年內的發展路線圖，明確了高精度的空間干涉測量系統是實現引力波探測任務的關鍵技術。
力學所引力波實驗中心團隊從干涉機理出發，分析了影響空間干涉測距系統精度的抖動光程耦合噪聲。通過澤尼克多項式擬合系統波前差（圖1 ）建立了完備的抖動光程耦合噪聲的物理模型。利用蒙特卡洛算法全面分析了波前差對抖動光程耦合噪聲影響（圖2）并提出了一種利用干涉光束與探測器間的橫向偏移減小抖動光程耦合噪聲的新方法（圖3）。同時利用光束的遠場傳輸模型，分析了像差耦合指向抖動對測量精度的影響。上述工作對全鏈路空間激光干涉測距系統的搭建具有重要的指導意義。
相關的研究成果以“Tilt-to-length noise coupled by wavefront errors in the interfering beams for the space measurement of gravitational waves”及“The far-field optical path noise coupled with the pointing jitter in the space measurement of gravitational waves”為題發表在國際主流光學期刊Optics Express, (2020, 20: 25545-25561; https://doi.org/10.1364/OE.397097)及Applied Optics, (2021, 60: 438-444; https://doi.org/10.1364/AO.405467)上。
圖1 澤尼克多項式擬合的波前
圖2 利用蒙特卡洛算法分析的波前差與光程噪聲的耦合關系
圖3 探測器與光束間的橫向偏移對抖動光程噪聲的影響
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