Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã công bố một nguyên mẫu cho một tia laser ở trung tâm của đài quan sát sóng hấp dẫn dựa trên không gian đầu tiên được gọi là nhiệm vụ ăng-ten không gian giao thoa kế laser (LISA).
Laser mới của nhóm gần như đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt được nêu ra cho thiết bị của LISA, đại diện cho một bước quan trọng để đưa chương trình quan sát đầy tham vọng thành hiện thực.
Steve Lecomte với công ty nghiên cứu CSEM của Thụy Sĩ, người sẽ trình bày chi tiết về buổi trình diễn của nguyên mẫu tại Đại hội Laser 2019 của Hiệp hội Quang học (OSA), được tổ chức từ 29 tháng 9 đến 3 tháng 10 tại Vienna, Áo chia sẻ: “Thật là một thách thức thúc đẩy khi nhận ra một hệ thống laser với các màn trình diễn hiện đại, có khả năng đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy nghiêm ngặt của một sứ mệnh không gian”.
LISA sẽ bổ sung cho các máy dò sóng hấp dẫn trên mặt đất như Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng tia laser (NSF) của Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (LIGO) bằng cách triển khai hệ thống phát hiện sóng hấp dẫn trong không gian. Năm 2016, NSF tuyên bố rằng LIGO đã thực hiện các quan sát trực tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn, gợn sóng trong kết cấu của không gian và thời gian được dự đoán bởi Albert Einstein 100 năm trước trong lý thuyết tương đối tổng quát của ông.
Cả đài quan sát LIGO và LISA đều dựa vào laser để phát hiện sóng hấp dẫn. Ngoài độ chính xác và độ tin cậy cần thiết cho bất kỳ máy dò sóng hấp dẫn nào, laser trên tàu nhiệm vụ LISA phải đáp ứng các tiêu chí bổ sung để đảm bảo nó phù hợp để sử dụng lâu dài trong không gian.
LISA được lãnh đạo bởi Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) phối hợp với Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ (NASA).
Yêu cầu chính xác cho các phép đo chính xác
LISA dự kiến ra mắt vào đầu những năm 2030 sẽ bao gồm ba tàu vũ trụ được sắp xếp theo hình tam giác dài hàng triệu km. Tàu vũ trụ sẽ chuyển các chùm tia laser qua lại và kết hợp các tín hiệu của chúng để tìm bằng chứng về sóng hấp dẫn.
Vô số các thành phần trong hệ thống LISA phải hoạt động hoàn toàn riêng lẻ và cùng nhau để nhiệm vụ thành công. Về phần mình, laser phải đáp ứng các tiêu chuẩn chính xác về sản lượng điện, bước sóng, tiếng ồn, độ ổn định, độ tinh khiết và các thông số khác.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại laser đáp ứng gần như tất cả các yêu cầu được ESA và NASA đưa ra. Tất cả các thành phần quang học và điện tử của hệ thống laser đều tương thích với môi trường không gian hoặc dựa trên các công nghệ có sẵn các thành phần cấp không gian.
Hệ thống bắt đầu với laser hạt giống, laser tự khóa được đóng gói đầu tiên được hiện thực hóa ở bước sóng quy định 1064 nanomet. Ánh sáng phát ra từ laser hạt giống được đưa vào bộ khuếch đại sợi pha tạp Yb (YDFA) được bơm lõi giúp tăng công suất trung bình từ 12 đến 46 milliwatts. Sau đó, một phần của ánh sáng được khuếch đại được dẫn đến một khoang tham chiếu quang học, giúp cải thiện độ tinh khiết và độ ổn định của tia laser theo các bậc độ lớn.
Phần chính của ánh sáng sau đó đi qua bộ điều biến pha, bổ sung các tính năng cho phép sứ mệnh so sánh tín hiệu qua ba tàu vũ trụ thông qua một quá trình được gọi là giao thoa kế. Cuối cùng, một YDFA được bơm lõi thứ hai và một khu vực chế độ lớn được bọc kép YDFA khuếch đại tín hiệu lên gần 3 watt. Các thành phần bổ sung giúp ổn định sản lượng điện.
Xác nhận hiệu suất
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một trạm thử nghiệm đặc biệt để đánh giá hệ thống laser nguyên mẫu của họ. Họ đã sử dụng một laser 1560 nanomet cực hẹp ổn định khoang, một lược tần số quang, một H-maser hoạt động và các bộ tách sóng quang độ ổn định thấp ổn định nhiệt độ làm tài liệu tham khảo để đo độ ổn định của tần số và biên độ của hệ thống.
Các thử nghiệm đã chứng minh sự tuân thủ các thông số kỹ thuật của LISA trên toàn dải tần số với các ngoại lệ dưới 1 megahertz và trên 5 megahertz cũng như tuân thủ tuyệt vời về tiếng ồn. Khi các thử nghiệm cho thấy những sai lệch nhỏ so với thông số kỹ thuật, các nhà nghiên cứu đã xác định được nguyên nhân có thể và các giải pháp được đề xuất để tinh chỉnh hệ thống. Những giải pháp này bao gồm một số cải tiến kỹ thuật của laser hạt giống, như thêm một cổng thả vào bộ cộng hưởng để giảm nhiễu tần số cao.
Trong khi một ngày ra mắt ngay sau năm 2030 có thể xuất hiện ở xa, vẫn còn có sự phát triển công nghệ đáng kể sẽ được thực hiện. Nhóm đã sẵn sàng đóng góp thêm cho nỗ lực thú vị này.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội quang học . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.