通过结合腔锁与臂锁控制系统增强 LISA 的频率噪声抑制
广义相对论与量子宇宙学
2022-04-06 v2
摘要
本文提出一种在激光干涉空间天线(LISA)任务中稳定激光频率的新方法,通过将激光锁定到两个稳定长度参考——干涉仪臂与星载光学腔——来实现。这两个参考通过精心设计的控制系统进行数字融合,力求对 LISA 基线任务硬件做最小或无改动。干涉仪臂在 LISA 科学频段(0.1 mHz - 1 Hz)内提供最稳定的参考,而腔传感器的宽带线性读出可在 LISA 频段上下提供额外的控制系统增益。该双传感器方法的主要技术问题是不良的低速激光频率牵引,其因沿 LISA 臂的相对航天器运动引起的多普勒频移认知不完美而耦合进控制系统。本文给出了在启用融合控制系统时维持腔良好共振的多普勒频移认知要求。提出了两种利用已有星载测量的多普勒频移估计方法:星间干涉链路(主科学测量)与绝对星间激光测距系统。两种方法在数千秒测量积分后均达到所需精度。本文展示了从自由运行激光起始、以双传感器频率控制系统结束的所提激光稳定系统的初始化与启用方法。结果表明,该技术在 LISA 科学频段内将残余激光频率噪声降低了超过 3 个数量级,有可能放宽对时延干涉测量(TDI)的要求——或许到第一代 TDI 即足够的程度。
引用
@article{arxiv.2110.10870,
title = {Enhanced Frequency noise suppression for LISA by combining cavity and arm locking control systems},
author = {Jobin Thomas Valliyakalayil and Andrew J. H. Sutton and Robert E. Spero and Daniel A. Shaddock and Kirk McKenzie},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.10870},
year = {2022}
}
备注
17 pages, 15 figures