LIGO的勘探原理根据激光干与，它的可测引力波频率规模很宽，从十几赫兹到两万赫兹。
LIGO：引力波与激光有啥联系？
施郁
与失利的韦伯棒不同， LIGO的勘探原理根据激光干与，它的可测引力波频率规模很宽，从十几赫兹到两万赫兹。
相距3002公里的两个巨大的迈克耳孙激光干与仪（图片来源于LIGO）
LIGO包含两个相同的勘探器，它们相距3002公里，别离坐落美国华盛顿州的汉福德（Hanford）与路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）。两个勘探器一起作业，可扫除其他信号，比方地震。为了增强效果，干与仪臂长需求很长，并且经过镜子的来回反射，将有用长度大幅度进步。
每个勘探器是一个巨大的迈克耳孙干与仪，有两个相互笔直的、约4公里长的臂，构成L形。在L形的角落，一束激光被半透的分光器分红两束，别离进入两臂。在每个臂中，激光被两头的镜子来回反射屡次。然后两束激光回到分束器后叠加起来，发作干与，最终进入光勘探器。叠加（干与）今后的光强决定于两臂长度差，所以可用以丈量它。
需求着重的是，LIGO又不是简略的迈克耳孙干与仪。LIGO的光学体系由激光、镜子和光勘探器组成，其安稳性由抗搅扰的衰减体系和超真空确保，并且还经过功率收回的办法增强激光功率。
为战胜环境扰动，LIGO有一套杂乱的反应操控办理体系。防震的第一道防地是衰减阻隔体系，可以战胜许多要素的搅扰。然后还要战胜各种噪声，从热噪声到量子噪声。
为了战胜镜子内部和周边原子的无规律运动，镜子由特别的石英玻璃制成，下降激光对它带来的加热，最大极限地下降形变。镜子吸收光子十分少，并用辅佐办法抵消激光引起的形变，而镜子涂层资料既有高反射率，也能尽量下降热噪声。光由光子组成，具有量子不确定性，这导致量子噪声。LIGO经过调理激光的特性来战胜量子噪声。
每个臂是一个超真空体系，除了顶端的反射镜，在分束器后边还有个部分透射的镜子，叫做输入镜，与顶端的反射镜构成法布里-珀罗共振腔（Fabry-Perot resonator）。每个镜子由石英玻璃制成，约40公斤（称为测验质量），要求高反射率但热噪声尽量低。镜子由四极单摆体系悬挂，经过杂乱的自动和被迫消减体系与地上振荡阻隔。
在复旦-中植奖获奖讲演中，韦斯手拿一个悬挂物演示，假如手缓慢地移动，悬挂物会跟着移动，而假如手很快地摇摆，那么悬挂物不跟着动。
激光经过分束器进入到每个臂，在法布里-珀罗共振腔里被两头的镜子来回反射约300次，将两臂有用长度从本来物理上的四公里大大地扩大，以下降勘探难度。实际上有用旅程到达约1200公里，挨近引力波波长的1/4。当有引力波经过期，光的有用旅程改变也扩大了约300倍，大幅度的进步了灵敏度。
为了能完成这个来回反射的进程，激光功率需求满足强，也就是说，单位时间内要有满足多的光子。输入激光波长1064纳米，功率只要20瓦，经过安稳化今后进入干与仪。
为了更好的进步功率，分光镜前面有个半透的功率收回镜子，与分束器构成功率收回腔。经过干与仪两臂的激光回到半透镜，假如在光勘探器的一边发作相消干与，那么在入射光的一边发作相长干与。这些光被功率收回镜子反射，收回运用。因而经过功率收回腔，激光功率进步到700瓦。
另一方面，在光勘探器前面有一个信号收回镜子，与分束器构成信号收回腔，增强输出激光的功率，其效果与功率收回腔相似。在干与仪臂长现已固定的情况下，经过信号收回镜子方位的调理，使得在不知道波长的引力波影响下，光在干与仪（每个臂是一个共振腔）中的光程与光波波长发作共振（光程是波长的整数倍），然后优化接收到的引力波信号。
LIGO干与仪示意图
引证本文的方法
施郁，引力波的世纪寻找（二）：引力波及其初次勘探，科学，2018，70（4）：15-19.
排版丨刀刀
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