空间引力波探测器中平顶光束的光斑尺寸估计
天体物理仪器与方法
2023-02-08 v3 广义相对论与量子宇宙学
光学
摘要
受空间引力波探测中高质量杂散光控制需求的驱动，研究了由高斯光束(GB)截断所产生的平顶光束的光斑尺寸。采用模式展开法(MEM)模拟光束，提出了一种针对 MEM 光束的均方偏差(MSD)光斑尺寸定义的轻微变体。这使我们能够快速估计任意传播距离下的光斑尺寸。鉴于截断程度依赖于光学元件表面内的功率比，将 MSD 光斑范围内的功率比用作光斑尺寸的量度。该定义随后在简单像散高斯光束与近高斯光束剖面情形下得到验证。作为一个代表性示例，模拟了空间引力波探测的科学干涉仪中平顶帽(top-hat)光束的 MSD 光斑尺寸。如同传统 MSD 光斑尺寸分析，在考虑衍射时光斑尺寸发散。对发散进行了细致误差分析，并在当前语境下论证该误差对估计影响甚微。利用本研究结果可实现具有平顶帽或其他类型非高斯光束的光学系统优化设计。此外，它允许在光学仿真中测试空间基引力波探测器的光束截断干涉测量。本工作将作为未来光学平台与光学元件尺寸系统设计的实用指南。
引用
@article{arxiv.2210.00509,
title = {Spot size estimation of flat-top beams in space-based gravitational wave detectors},
author = {Zhen-Xiang Hao and Tim Haase and Hong-Bo Jin and Ya-Zheng Tao and Gudrun Wanner and Ruo-Xi Wu and Yue-Liang Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.00509},
year = {2023}
}
备注
The manuscript was accepted and will be published in the International Journal of Modern Physics D