面向空間引力波探測的低噪聲激光器研究進展（特邀）

柳強，王在淵，王潔浩，李宇航

（1 清華大學精密儀器系，北京 100084）

（2 光子測控技術教育部重點實驗室，北京 100084）

0 引言

愛因斯坦在1916 年發表的廣義相對論中預言了引力波的存在［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探測到50 多個引力波事例［5］。事實證明，激光干涉儀（Laser Interferometer）探測靈敏度高，頻帶寬度大，具有廣闊的發展前景，是目前引力波探測器中的主流設備［6］。引力波已經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化具有重要的意義，是當代物理學重要的前沿領域之一［7］。

引力波覆蓋的頻率范圍非常寬，在低頻段存在更高紅移、更大特征質量和尺度的引力波波源。如正在吞噬周圍天體的超大質量黑洞，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現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量把引力波信號轉化為測試質量間距變化的信號，然后利用高精度的激光干涉儀測量出該變化信號。……