RU2413252C1 - Gravitational wave detector - Google Patents
Gravitational wave detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413252C1 RU2413252C1 RU2009133020/28A RU2009133020A RU2413252C1 RU 2413252 C1 RU2413252 C1 RU 2413252C1 RU 2009133020/28 A RU2009133020/28 A RU 2009133020/28A RU 2009133020 A RU2009133020 A RU 2009133020A RU 2413252 C1 RU2413252 C1 RU 2413252C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- optical
- mirrors
- dividing
- semitransparent
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерно-интерферометрическим гравитационно-волновым (ГВ) детекторам и может быть использовано в гравитационно-волновой астрономии, например, для обнаружения периодических низкочастотных ГВ сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов.The invention relates to laser interferometric gravitational-wave (GW) detectors and can be used in gravitational-wave astronomy, for example, to detect periodic low-frequency GW signals from double relativistic astrophysical objects.
Известно, что существует теоретическое предсказание о формировании эластодинамического отклика веберовского детектора [1] и электродинамического отклика длиннобазовых [1] и компактных [2] лазерно-интерферометрических антенн на воздействие поля гравитационного излучения (ГИ). ГВ-антенны веберовского типа и длиннобазовые лазерно-интерферометрические антенны предназначены для обнаружения коротких импульсных ГВ-сигналов от вспышечных источников, пространственно-временные характеристики которых неизвестны, что уменьшает достоверность их обнаружения. Требуемое мгновенное отношение сигнал/шум для уверенного обнаружения ГВ-сигнала от вспышечного источника ГИ должно быть больше 13. Кроме того, существуют ГВ-детекторы [3, 4], принцип действия которых заключается в том, что в результате ГВ-воздействия детектируемого периодического низкочастотного ГВ-сигнала на оптическое излучение первого и второго оптических резонаторов (как бегущих, так и стоячих волн) через изменение их показателей преломления вдоль оптических путей распространения излучения происходит набег фаз в оптических излучениях по закону изменения ГВ-сигнала. В силу геометрической неэквивалентности первого и второго резонаторов это воздействие приводит к различным изменениям показателей преломления вдоль оптических путей распространения излучений, а следовательно, и к различным набегам фаз в этих оптических излучениях. По наличию, величине и закону изменения разности набегов фаз в оптических излучениях резонаторов и судят о воздействии ГВ-сигнала на оптические излучения резонаторов, а следовательно, о наличии (обнаружении) детектируемого ГВ-сигнала. Таким образом, указанные устройства [3, 4] имеют принципиальную возможность по обнаружению периодических низкочастотных ГВ-сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов.It is known that there is a theoretical prediction about the formation of the elastodynamic response of the Weber detector [1] and the electrodynamic response of long-base [1] and compact [2] laser interferometric antennas to the effect of the field of gravitational radiation (GI). Weber-type GW antennas and long-base laser interferometric antennas are designed to detect short pulsed GW signals from flash sources, the spatio-temporal characteristics of which are unknown, which reduces the reliability of their detection. The required instantaneous signal-to-noise ratio for reliable detection of the GW signal from the flash source of the GI should be greater than 13. In addition, there are GV detectors [3, 4], the principle of which is that as a result of the GV action of the detected periodic low-frequency The GW signal to the optical radiation of the first and second optical resonators (both traveling and standing waves) through a change in their refractive indices along the optical paths of radiation propagation, a phase incursion in optical radiation occurs x according to the law of change of the GV signal. Due to the geometric nonequivalence of the first and second resonators, this effect leads to various changes in the refractive indices along the optical paths of radiation propagation and, consequently, to different phase incursions in these optical radiations. By the presence, magnitude and law of variation of the phase difference difference in the optical radiation of the resonators, they judge the effect of the GW signal on the optical radiation of the resonators and, therefore, the presence (detection) of the detected GV signal. Thus, these devices [3, 4] have the fundamental possibility of detecting periodic low-frequency GW signals from double relativistic astrophysical objects.
Известен [5] ГВ-детектор для обнаружения периодических ГВ-сигналов, который является наиболее близким к заявляемому объекту и поэтому выбран в качестве ПРОТОТИПА. Он представляет собой лазер с двумя геометрически неэквивалентными первым и вторым оптическими резонаторами стоячих волн. Первый резонатор образован первым глухим зеркалом, активным элементом, полупрозрачным разделительным зеркалом, первым поляризатором и вторым глухим зеркалом, причем часть оптического пути резонатора от первого глухого зеркала до полупрозрачного разделительного зеркала перпендикулярен оптическому пути от полупрозрачного разделительного зеркала до второго глухого зеркала. Второй резонатор образован первым глухим зеркалом, активным элементом, полупрозрачным зеркалом, вторым поляризатором и третьим глухим зеркалом. Оптические излучения, генерируемые в первом и втором резонаторах, имеют взаимно ортогональные линейные поляризации. В силу пространственно-геометрической неэквивалентности первого и второго резонаторов прототипа принцип действия последнего аналогичен рассмотренному выше ГВ-детектору [3, 4]. Выходящее через полупрозрачное разделительное зеркало излучение первого и второго резонаторов гетеродинируется с помощью линейного поляризатора, имеющего плоскость пропускания, наклоненную под углом 45° к электрическим векторам генерируемых излучений. Сигнал биений регистрируется с помощью фотоприемника (фотодетектора) и поступает в блок обработки сигналов, предназначенный для выделения полезного сигнала из шума. Поскольку выходные с полупрозрачного разделительного зеркала оптические излучения перпендикулярны (т.е. угол между ними более 45°), то электродинамический отклик ГВ-детектора на воздействие поля гравитационного излучения, приводящего к противоположному по знакам набегу фаз в оптических излучениях первого и второго резонаторов через изменение показателя преломления вдоль оптических путей взаимно ортогональных участков резонаторов будут иметь противоположные знаки. Поэтому сигнал на выходе фотоприемника будет пропорционален сумме набегов фаз в оптических излучениях первого и второго резонаторов.Known [5] a GW detector for detecting periodic GW signals, which is closest to the claimed object and therefore is selected as a PROTOTYPE. It is a laser with two geometrically nonequivalent first and second optical standing-wave resonators. The first resonator is formed by the first blind mirror, the active element, a translucent dividing mirror, the first polarizer and the second blind mirror, and part of the optical path of the resonator from the first blind mirror to the semitransparent separation mirror is perpendicular to the optical path from the semitransparent separation mirror to the second blind mirror. The second resonator is formed by the first blind mirror, the active element, a translucent mirror, the second polarizer and the third blind mirror. Optical radiation generated in the first and second resonators have mutually orthogonal linear polarizations. Due to the spatial-geometric nonequivalence of the first and second resonators of the prototype, the principle of operation of the latter is similar to the GV detector considered above [3, 4]. The radiation of the first and second resonators emerging through the semitransparent dividing mirror is heterodyned using a linear polarizer having a transmission plane inclined at an angle of 45 ° to the electric vectors of the generated radiation. The beat signal is recorded using a photodetector (photodetector) and enters the signal processing unit, designed to extract the useful signal from the noise. Since the optical radiation output from the semitransparent dividing mirror is perpendicular (i.e., the angle between them is more than 45 °), the electrodynamic response of the GW detector to the influence of the gravitational radiation field, which leads to the opposite in sign of the phase incursion in the optical radiation of the first and second resonators through a change the refractive index along the optical paths of mutually orthogonal sections of the resonators will have opposite signs. Therefore, the signal at the output of the photodetector will be proportional to the sum of the phase incursions in the optical radiation of the first and second resonators.
Однако прототип не имеет возможности использования информации об угловом (пространственном) положении детектируемого источника ГВ-сигнала относительно ГВ-детектора и информации о том, что детектируемый ГВ-сигнал имеет вертикальную и горизонтальную поляризацию. Кроме того, даже имея информацию об угловом положении источника ГВ-сигнала, прототип не имеет возможности запеленговать этот источник.However, the prototype does not have the ability to use information about the angular (spatial) position of the detected source of the GV signal relative to the GV detector and information that the detected GV signal has vertical and horizontal polarization. In addition, even having information about the angular position of the source of the GV signal, the prototype is not able to detect this source.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке ГВ-детектора, позволяющего использовать ГВ-детектор как ГВ-пеленгатор для определения относительно ГВ-детектора углового направления на источник ГИ от двойных релятивистских астрофизических объектов.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a GW detector that allows the use of a GW detector as a GV direction finder for determining relative to the GW detector the angular direction to the GI source from double relativistic astrophysical objects.
Сущность изобретения заключается в том, что в известный гравитационно-волновой детектор, содержащий активный элемент и рабочую среду в нем, первое, второе и третье глухие зеркала, полупрозрачное разделительное зеркало, первый и второй поляризаторы, линейный поляризатор, фотоприемник с блоком обработки сигналов на его выходе, причем размещенные на пути оптического излучения первое глухое зеркало, активный элемент, полупрозрачное разделительное зеркало, первый поляризатор и второе глухое зеркало являются элементами первого оптического резонатора стоячих волн, первое глухое зеркало, активный элемент, полупрозрачное разделительное зеркало, второй поляризатор с ортогональной поляризацией к первому поляризатору и третье глухое зеркало образуют второй оптический резонатор стоячих волн, а оптические излучения обоих резонаторов на взаимно ортогональных линейных поляризациях с выхода полупрозрачного разделительного зеркала через линейный поляризатор поступают на вход фотоприемника, для решения поставленной задачи в состав первого резонатора между первым глухим зеркалом и первым поляризатором введены параллельно размещенные первое и второе дополнительные глухие зеркала, причем сумма геометрических длин от первого глухого зеркала до первого дополнительного глухого зеркала и от второго дополнительного глухого зеркала до полупрозрачного разделительного зеркала первого оптического резонатора равна геометрической длине от полупрозрачного разделительного зеркала до третьего глухого зеркала второго оптического резонатора, а угол между падающим от активного элемента оптическим лучом на полупрозрачное разделительное зеркало и отраженным от него оптическим лучом составляет меньше 45°, выходом заявляемого объекта является выход блока обработки сигналов.The essence of the invention lies in the fact that in the known gravitational-wave detector containing the active element and the working medium in it, the first, second and third blind mirrors, a translucent dividing mirror, the first and second polarizers, a linear polarizer, a photodetector with a signal processing unit on it an output, the first deaf mirror, the active element, the translucent dividing mirror, the first polarizer and the second deaf mirror placed on the path of optical radiation being elements of the first optical a standing wave resonator, a first dull mirror, an active element, a translucent dividing mirror, a second polarizer with orthogonal polarization to the first polarizer and a third dull mirror form a second standing wave resonator, and the optical radiation of both resonators on mutually orthogonal linear polarizations from the output of the translucent dividing mirror through a linear polarizer is fed to the input of the photodetector to solve the problem in the composition of the first resonator between the first blind mirrors The first and second additional deaf mirrors are introduced in parallel with the first and second polarizers, and the sum of the geometric lengths from the first deaf mirror to the first additional deaf mirror and from the second additional deaf mirror to the translucent dividing mirror of the first optical resonator is equal to the geometric length from the translucent dividing mirror to the third deaf mirrors of the second optical resonator, and the angle between the incident optical beam from the active element on the translucent th separation mirror and the reflected optical beam from it is smaller than 45 °, a yield of the claimed subject is output signal processing unit.
Введение новых элементов: первого и второго дополнительных глухих зеркал, их взаимное размещение в первом резонаторе лазера и взаимное расположение элементов первого и второго оптических резонаторов позволяют достичь решения поставленной задачи - обеспечить пеленгацию источников низкочастотных гравитационных излучений от двойных релятивистских астрофизических объектов с высокой вероятностью обнаружения и их однозначное отождествление.The introduction of new elements: the first and second additional deaf mirrors, their mutual arrangement in the first laser cavity and the relative positions of the elements of the first and second optical resonators make it possible to solve the problem posed - to provide direction finding of low-frequency gravitational radiation sources from double relativistic astrophysical objects with a high probability of detection and their unambiguous identification.
В известном техническом решении не предусмотрены меры по использованию информации об угловом положении источника ГИ относительно ГВ-детектора и вектора поляризации детектируемой ГВ. В отличие от известного технического решения в заявляемом изобретении параллельно расположенные два дополнительных глухих зеркала только в первом резонаторе обеспечивают ГВ-воздействие детектируемого периодического низкочастотного ГВ-сигнала на оптическое излучение только первого оптического резонатора через изменение показателя преломления вдоль оптического пути распространения излучения только между двумя дополнительными глухими зеркалами, приводящем к набегу фаз по закону изменения детектируемого ГВ-сигнала от источника с известной угловой координатой с амплитудной модуляцией по закону вращения Земли, что и обеспечивает пеленгацию источника ГВ-сигнала.The known technical solution does not provide for measures to use information about the angular position of the source of the GI relative to the GW detector and the polarization vector of the detected GW. In contrast to the known technical solution in the claimed invention, two additional blind mirrors located in parallel only in the first resonator provide the GW effect of the detected periodic low-frequency GW signal on the optical radiation of only the first optical resonator by changing the refractive index along the optical path of radiation propagation only between two additional blind mirrors, leading to a phase incursion according to the law of change in the detected GW signal from a source with zvestna angular coordinate with amplitude modulation according to the law of rotation of the Earth, which provides bearings of the source signal HS.
Таким образом, в заявляемом ГВ-детекторе на основе активного лазера стоячих волн с двумя резонаторами после введения в первый резонатор между первым глухим зеркалом и разделительным зеркалом двух параллельно размещенных глухих зеркал появляется возможность пеленгования источников низкочастотных ГВ-сигналов.Thus, in the inventive GW detector based on an active standing-wave laser with two resonators, after the introduction of two parallel deaf mirrors into the first resonator between the first dull mirror and the dividing mirror, it becomes possible to detect low-frequency GW signals.
Функциональная схема заявляемого устройства представлена на чертеже.Functional diagram of the inventive device is presented in the drawing.
Активная среда 1, служащая для генерации лазерного излучения, расположена между первым глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. По ходу отраженного от полупрозрачного зеркала 3 оптического излучения, исходящего из активной среды 1, последовательно расположены первый поляризатор 4, второе дополнительное глухое зеркало 5, первое дополнительное глухое зеркало 6, первое глухое зеркало 7 и образуют первый резонатор. По ходу прошедшего через разделительное зеркало 3 оптического излучения, исходящего из активной среды 1, последовательно расположены второй линейный поляризатор 8, третье глухое зеркало 9, которые образуют второй резонатор. По ходу прошедшего излучения первого резонатора через разделительное зеркало 3 и отраженного оптического излучения второго резонатора от разделительного зеркала 3 расположены последовательно линейный поляризатор 10, фотоприемник 11 и блок обработки сигналов 12.The active medium 1, which serves to generate laser radiation, is located between the first blind mirror 2 and the translucent mirror 3. In the direction of the optical radiation reflected from the translucent mirror 3, coming from the active medium 1, the first polarizer 4, the second additional blind mirror 5, are located in series additional blind mirror 6, the first blind mirror 7 and form the first resonator. In the course of the optical radiation transmitted through the dividing mirror 3 and emanating from the active medium 1, a second linear polarizer 8, a third blind mirror 9, which form the second resonator, are arranged in series. Along the transmitted radiation of the first resonator through the separation mirror 3 and the reflected optical radiation of the second resonator from the separation mirror 3, a linear polarizer 10, a photodetector 11 and a signal processing unit 12 are arranged in series.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Оптическое излучение с полным набором поляризаций, выходя из активной среды 1, попадает на полупрозрачное разделительное зеркало 3. Часть оптического излучения с ТЕ-поляризацией, отражаясь от полупрозрачного разделительного зеркала 3, проходя через первый поляризатор 4, отражается от второго 5 и первого 6 дополнительных глухих зеркал и автоколлимационно от второго глухого зеркала 7. После этого оптическое излучение, отраженное от зеркала 7, вновь последовательно отражаясь от первого 6 и второго 5 дополнительных глухих зеркал, пройдя через первый поляризатор 4, частично отражаясь от полупрозрачного разделительного зеркала 3, проходит через активную среду 1 и автоколлимационно отражается от первого глухого зеркала 2, обеспечивая генерацию стоячей волны ТЕ-поляризации в первом резонаторе. Другая часть излучения с ТМ-поляризацией, проходя через полупрозрачное разделительное зеркало 3, второй поляризатор 8 с ТМ-поляризацией, автоколлимационно отражается от третьего глухого зеркала 9, после чего вновь проходит через второй поляризатор 8, разделительное зеркало 3, активную среду 1 и автоколлимационно отражается от первого глухого зеркала 2, обеспечивая генерацию стоячей волны ТМ-поляризации во втором резонаторе. Благодаря первому 4 и второму 8 поляризаторам происходит генерация оптических излучений на взаимно ортогональных линейных поляризациях в геометрически неэквивалентных первом и втором резонаторах. Полупрозрачное разделительное зеркало 3 размещается так, чтобы угол γ между падающим на зеркало 3 и отраженным от него оптическим лучом был меньше 45°. Кроме того, геометрические длины между зеркалами удовлетворяют условию:Optical radiation with a full set of polarizations, leaving the active medium 1, enters a translucent dividing mirror 3. A part of the optical radiation with TE polarization, reflected from the semitransparent dividing mirror 3, passing through the first polarizer 4, is reflected from the second 5 and first 6 additional deaf mirrors and autocollimation from the second deaf mirror 7. After that, the optical radiation reflected from the mirror 7 is again successively reflected from the first 6 and second 5 additional deaf mirrors, passing through n rvy polarizer 4 partially reflected from semitransparent mirror 3 separation passes through the active medium 1 and the autocollimator is reflected from the first end mirror 2, providing the generation of a standing wave of the TE polarization in the first resonator. Another part of the radiation with TM polarization, passing through a translucent separation mirror 3, the second polarizer 8 with TM polarization, is self-collimated from the third blind mirror 9, after which it passes again through the second polarizer 8, separation mirror 3, active medium 1 and self-collimated is reflected from the first blind mirror 2, providing the generation of a standing wave of TM polarization in the second resonator. Thanks to the first 4 and second 8 polarizers, optical radiation is generated on mutually orthogonal linear polarizations in geometrically nonequivalent first and second resonators. The translucent dividing mirror 3 is placed so that the angle γ between the incident on the mirror 3 and the reflected optical beam from it was less than 45 °. In addition, the geometric lengths between the mirrors satisfy the condition:
где L1 - длина оптического излучения (геометрическая длина) между полупрозрачным зеркалом 3 и глухим третьим зеркалом 9, L2 - между вторым глухим зеркалом 7 и первым дополнительным глухим зеркалом 5, L3 - между вторым дополнительным глухим зеркалом 5 и полупрозрачным разделительным зеркалом 3.where L 1 is the optical radiation length (geometric length) between the translucent mirror 3 and the third blind mirror 9, L 2 - between the second blind mirror 7 and the first additional blind mirror 5, L 3 - between the second additional blind mirror 5 and the translucent separation mirror 3 .
Поскольку угол γ меньше 45°, то с учетом (1) и параллельности оптических излучений между глухими зеркалами 7 и 6 и глухим зеркалом 6 и полупрозрачным разделительным зеркалом 3 диэлектрические проницаемости между зеркалом 7 и разделительным зеркалом 3 (без учета отрезка оптического излучения между зеркалами 6 и 5) первого резонатора и полупрозрачным разделительным зеркалом 3 и третьим глухим разделительным зеркалом 9 (и возможного эластодинамического) отклика на гравитационное излучение с любого пространственного направления будут равны и иметь одинаковый знак, что приведет к нулевому эффекту на выходе фотоприемника 11. В определенный момент времени при вращении Земли плоскость фронта детектируемого ГВ-сигнала окажется параллельной к плоскостям параллельно размещенных зеркал 6 и 5.Since the angle γ is less than 45 °, taking into account (1) and the parallelism of optical radiation between the blind mirrors 7 and 6 and the blind mirror 6 and the semitransparent separation mirror 3, the dielectric constant between the mirror 7 and the separation mirror 3 (excluding the length of the optical radiation between the mirrors 6 and 5) the first resonator and the translucent dividing mirror 3 and the third blind dividing mirror 9 (and possible elastodynamic) response to gravitational radiation from any spatial direction will be equal and have the same sign, which will lead to a zero effect at the output of the photodetector 11. At a certain point in time when the Earth rotates, the plane of the front of the detected HV signal will be parallel to the planes of parallel mirrors 6 and 5.
Будем иметь в виду одно важное обстоятельство [6]. Вертикальный вектор поляризации детектируемого ГИ при оптимальном пространственном выборе этого источника всегда параллелен зеркалам 6 и 5, а параллельность горизонтального вектора поляризации ГИ зеркалам 6 и 5 с учетом вращения Земли будет меняться как cosθ, где θ - величина угла, характеризующего отклонение от параллельности плоскости фронта детектируемого ГИ (параллельности горизонтального вектора поляризации к зеркалам 6 и 5). Это в результате электродинамического отклика оптического излучения на ГИ (на детектируемый ГВ-сигнал) на участке длиной L между зеркалами 6 и 5 (изменение показателя преломления вдоль оптического пути между этими зеркалами) приведет к фазовой модуляции оптического излучения в первом резонаторе по закону изменения детектируемого ГВ-сигнала и к амплитудной модуляции выходного с фотоприемника 11 сигнала по закону вращения Земли. По максимуму выходного сигнала с фотоприемника 11 и определяется угловое положение источника ГИ относительно зеркал 6 и 5. Излучение первого и второго резонаторов, выходящее через общее разделительное полупрозрачное зеркало 3, после прохождения через линейный поляризатор 10, имеющий плоскость пропускания, наклоненную под углом 45° к электрическим векторам генерируемых излучений в первом и втором резонаторах, образует интерференционное поле, которое регистрируется фотоприемником 11.We will bear in mind one important circumstance [6]. The vertical polarization vector of the detected GI with the optimal spatial choice of this source is always parallel to mirrors 6 and 5, and the parallelism of the horizontal polarization vector of the GI to mirrors 6 and 5, taking into account the Earth’s rotation, will change as cosθ, where θ is the angle characterizing the deviation from the parallel plane of the front of the detected GI (parallelism of the horizontal polarization vector to mirrors 6 and 5). This is the result of the electrodynamic response of optical radiation to a GI (to a detected HV signal) in a section of length L between mirrors 6 and 5 (a change in the refractive index along the optical path between these mirrors) will lead to phase modulation of optical radiation in the first resonator according to the law of a change in the detected GV -signal and amplitude modulation of the output signal from the photodetector 11 according to the law of rotation of the Earth. From the maximum of the output signal from the photodetector 11, the angular position of the GI source relative to the mirrors 6 and 5 is determined. The radiation of the first and second resonators coming out through a common dividing translucent mirror 3, after passing through a linear polarizer 10 having a transmission plane inclined at an angle of 45 ° to electrical vectors of the generated radiation in the first and second resonators, forms an interference field, which is recorded by the photodetector 11.
Выходной сигнал с фотоприемника 11 (сдвиг частоты первого резонатора, обусловленный воздействием ГВ только на оптическое излучение между зеркалами 6 и 5) будет определяться выражениемThe output signal from the photodetector 11 (the frequency shift of the first resonator, due to the influence of the GW only on optical radiation between mirrors 6 and 5) will be determined by the expression
где Ω1 - собственная частота первого резонатора в отсутствии ГИ, h - безразмерная амплитуда детектируемого ГВ-сигнала, Ωg и φg - частота и начальная фаза ГВ, α - угол падения оптического излучения на зеркала 6 и 5, β - угол между вектором вертикальной поляризации ГВ-сигнала и зеркалами 6 и 5.where Ω 1 is the natural frequency of the first resonator in the absence of GI, h is the dimensionless amplitude of the detected GV signal, Ω g and φ g are the frequency and initial phase of the GV, α is the angle of incidence of optical radiation on mirrors 6 and 5, β is the angle between the vector vertical polarization of the GW signal and mirrors 6 and 5.
Сигнал, определяемый выражением (2), далее поступает в блок обработки сигналов 12, где осуществляется совместная корреляционно-фильтровая обработка этого сигнала (включая внутрипериодную и межпериодную обработку), согласованного с ожидаемым ГВ-сигналом.The signal defined by expression (2) then goes to the signal processing unit 12, where the joint correlation and filter processing of this signal (including intra-period and inter-period processing) is carried out, which is consistent with the expected GV signal.
Из анализа (2) видно, что такие параметры гравитационного излучения, как детектируемая амплитуда h, его частота Ωg и направление θ (с учетом вращения Земли) на источник излучения, а следовательно, и векторы поляризации, известны. Неполная информация о величине h (только теоретически рассчитываемая) и отсутствие информации о начальной фазе φg устраняется путем сканирования по амплитуде h и фазе φg моделируемого (имитируемого) в блоке БОС 12 ГВ-сигнала и используемого для корреляционно-фильтровой обработки в блоке 12.From analysis (2), it is seen that such parameters of gravitational radiation as the detected amplitude h, its frequency Ω g and the direction θ (taking into account the rotation of the Earth) to the radiation source, and therefore the polarization vectors, are known. Incomplete information on the value of h (only theoretically calculated) and the absence of information on the initial phase φ g are eliminated by scanning the amplitude of the HV signal simulated (simulated) in the biofeedback unit 12 using the amplitude h and phase φ g and used for correlation filtering in block 12.
Выбор источника ГВ определяет ориентацию установки ГВ-детектора. Плоскость стола (основание детектора) располагается горизонтально, зеркала резонатора закрепляются перпендикулярно к этой плоскости. Параллельно размещенные два зеркала рассматриваемого участка резонатора устанавливаются относительно местного меридиана таким образом, чтобы в момент пересечения источником плоскости математического горизонта в процессе вращения Земли плоскости зеркал были перпендикулярны к вектору направления на источник, а следовательно, вектор горизонтальной поляризации детектируемого ГИ будет параллелен этим зеркалам. Тогда отклик ГВ-детектора будет определяться в основном набегом фаз оптического излучения, вызванным изменением показателей преломления вдоль оптического пути между этими зеркалами (через пространственно-анизотропные изменения диэлектрической проницаемости вакуума) и приемная диаграмма направленности ГВ-детектора будет определяться только оптическим излучением между этими зеркалами. Дополнительная информация об источниках гравитационного излучения - частота, угловые координаты, векторы поляризации и время наступления максимальной амплитуды гравитационного излучения - существенно облегчит оптимальную обработку сигналов с выхода фазового приемника.The choice of the source of the hot water determines the orientation of the installation of the hot water detector. The plane of the table (the base of the detector) is horizontal, the resonator mirrors are fixed perpendicular to this plane. Two parallel mirrors of the resonator section under consideration are installed relative to the local meridian in such a way that at the moment the source intersects the plane of the mathematical horizon during the Earth's rotation, the mirror planes are perpendicular to the direction vector to the source, and therefore, the horizontal polarization vector of the detected HI will be parallel to these mirrors. Then the response of the GV detector will be determined mainly by the phase shift of the optical radiation caused by a change in the refractive indices along the optical path between these mirrors (through spatially anisotropic changes in the dielectric constant of the vacuum) and the receiving radiation pattern of the GV detector will be determined only by optical radiation between these mirrors. Additional information about the sources of gravitational radiation - the frequency, angular coordinates, polarization vectors and the time of the maximum amplitude of gravitational radiation - will significantly facilitate the optimal processing of signals from the output of the phase receiver.
Как известно [7], системы измерения угловых координат, иначе системы пеленгации, могут содержать один или несколько каналов. Одноканальные методы пеленгации при этом, как в данном случае, основаны на использовании зависимости амплитуды принятого сигнала от разности углов между направлением максимума диаграммы направленности антенной системы и направлением прихода радиоволн от источника. В случае заявляемого устройства это разность углов между направлением на параллельно размещенные зеркала 6 и 5 (максимум принимаемого ГВ-сигнала от источника) и направлением прихода ГВ-сигнала от источника, а ширина диаграммы направленности пеленгатора в горизонтальной плоскости будет определяться временем отклонения от параллельности горизонтального вектора поляризации ГИ зеркалам 6 и 5 от θ=-90° до θ=90°.As is known [7], systems for measuring angular coordinates, otherwise direction finding systems, can contain one or more channels. In this case, single-channel direction finding methods are based on using the dependence of the received signal amplitude on the angle difference between the direction of the maximum radiation pattern of the antenna system and the direction of arrival of radio waves from the source. In the case of the claimed device, this is the difference in angles between the direction of the parallel placed mirrors 6 and 5 (the maximum of the received GV signal from the source) and the direction of arrival of the GV signal from the source, and the width of the direction finder in the horizontal plane will be determined by the time of deviation from the parallelism of the horizontal vector GI polarization for mirrors 6 and 5 from θ = -90 ° to θ = 90 °.
Изменение выходного сигнала фотоприемника 11 по закону cosθ (2) со скоростью вращения Земли можно характеризовать как закон изменения диаграммы направленности ГВ-детектора в горизонтальной плоскости, а сам ГВ-детектор как ГВ-пеленгатор углового направления на источник низкочастотного ГИ от двойных релятивистских астрофизических объектов.The change in the output signal of the photodetector 11 according to the law cosθ (2) with the Earth's rotation speed can be characterized as the law of change in the radiation pattern of the GV detector in the horizontal plane, and the GV detector itself as a GV direction finder to the source of low-frequency GI from double relativistic astrophysical objects.
В связи с тем что в плоскости математического горизонта в процессе вращения Земли наличие источников низкочастотного гравитационного излучения на одинаковой частоте исключено, то даже при столь широкой диаграмме направленности рассматриваемого ГВ-пеленгатора, разрешающая способность ГВ-пеленгатора по направлению будет определяться высокой разрешающей способностью по частоте.Due to the fact that the presence of sources of low-frequency gravitational radiation at the same frequency is excluded in the plane of the mathematical horizon during the Earth’s rotation, even with such a wide radiation pattern of the considered HF direction finder, the directional resolution of the HF direction finder will be determined by high frequency resolution.
Таким образом, заявляемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что введенные в первый резонатор элементы и взаимное их размещение, а также размещение остальных элементов обоих резонаторов относительно друг друга, использование информации о пространственном положении источника детектируемого периодического ГВ-сигнала от двойных релятивистских астрофизических объектов, то есть информации о векторах поляризации детектируемых ГВ-сигналов, приводит к тому, что такой ГВ-детектор становится ГВ-пеленгатором для определения направления на источник гравитационного излучения.Thus, the claimed device compares favorably with the prototype in that the elements introduced into the first resonator and their relative positioning, as well as the placement of the remaining elements of both resonators relative to each other, the use of information about the spatial position of the source of the detected periodic GW signal from double relativistic astrophysical objects, that is, information about the polarization vectors of the detected GV signals, leads to the fact that such a GV detector becomes a GV direction finder for determining Avleniya on the source of gravitational radiation.
Источники информацииInformation sources
1. Милюков В.К., Руденко В.Н. // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР, серия Астрономия, 1991, т.41, с.147-193.1. Milyukov V.K., Rudenko V.N. // Results of science and technology VINITI USSR Academy of Sciences, series Astronomy, 1991, v.41, p.147-193.
2. Балакин А.Б., Кисунько Г.В., Мурзаханов З.Г., Русяев Н.Н. // ДАН СССР, 1991, т.316, №5, с.1122-1125.2. Balakin A.B., Kisunko G.V., Murzakhanov Z.G., Rusyaev N.N. // DAN of the USSR, 1991, t.316, No. 5, p.1122-1125.
3. Balakin А.В., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. // Gravitation & Cosmology, 1997, Vol.3, N1(9), pp.71-81.3. Balakin A.V., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. // Gravitation & Cosmology, 1997, Vol. 3, N1 (9), pp. 71-81.
4. Балакин А.Б., Кисунько Г.В., Мурзаханов З.Г., Скочилов А.Ф. // ДАН России, 1998, т.361, №4, с.477-480.4. Balakin A.B., Kisunko G.V., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. // DAN of Russia, 1998, vol. 361, No. 4, p. 477-480.
5. Scully M.O. and Gea-Banacloche J. // Phys. Rev., 1986, A 34, pp.4043-4054. (ПРОТОТИП)5. Scully M.O. and Gea-Banacloche J. // Phys. Rev. 1986, A 34, pp. 4043-4054. (PROTOTYPE)
6. Э.Амальди, Г.Пицелла. Поиск гравитационных волн // Астрофизика, кванты и теория относительности, стр.241-397, М., 1982.6. E. Amaldi, G. Pizella. Search for gravitational waves // Astrophysics, quanta and theory of relativity, pp. 241-397, M., 1982.
7. Я.Д.Ширман и др. Теоретические основы радиолокации. М.; Изд. «Советское радио», 1970, 560 стр.7. Ya. D. Shirman et al. Theoretical Foundations of Radar. M .; Ed. Soviet Radio, 1970, 560 pp.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133020/28A RU2413252C1 (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Gravitational wave detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133020/28A RU2413252C1 (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Gravitational wave detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2413252C1 true RU2413252C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009133020/28A RU2413252C1 (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Gravitational wave detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413252C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475785C1 (en) * | 2011-09-28 | 2013-02-20 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" Академии наук Республики Татарстан | Gravitational wave detector |
-
2009
- 2009-09-02 RU RU2009133020/28A patent/RU2413252C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SCULLY М.О, GEA-BANACLOCHE J, Phys. Rev, 1986, А 34, рр.4043-4054. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475785C1 (en) * | 2011-09-28 | 2013-02-20 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" Академии наук Республики Татарстан | Gravitational wave detector |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6349937B2 (en) | Fluctuation detection apparatus, fluctuation detection method, and fluctuation detection program | |
| McClatchey et al. | Time resolved synthetic aperture terahertz impulse imaging | |
| JP6349938B2 (en) | Measuring point information providing apparatus, fluctuation detecting apparatus, method and program | |
| US20160202090A1 (en) | Method and apparatus for remote sensing using optical orbital angular momentum (oam) -based spectroscopy for detecting lateral motion of a remote object | |
| Leung et al. | Constraining primordial black holes using fast radio burst gravitational-lens interferometry with CHIME/FRB | |
| CN106707042B (en) | A kind of measurement method of rf electric field polarization direction | |
| CN106501624A (en) | Microwave field Two dimensional Distribution measuring method based on Rydberg quantum coherence effect | |
| CN106643702B (en) | VLBI measurement method and system based on X-rays and ground verification device | |
| Vermare et al. | Detection of geodesic acoustic mode oscillations, using multiple signal classification analysis of Doppler backscattering signal on Tore Supra | |
| Shoda et al. | Search for a stochastic gravitational-wave background using a pair of torsion-bar antennas | |
| US3604804A (en) | Noncontacting motion sensor | |
| Moll et al. | Mechanical vibration sensing for structural health monitoring using a millimeter-wave doppler radar sensor | |
| KR20130064684A (en) | Terahertz continuous wave system and three dimension imaging abtainning method thereof | |
| RU2475785C1 (en) | Gravitational wave detector | |
| RU2171482C1 (en) | Gravitation-wave detector | |
| CN108981623B (en) | A long-distance micro-displacement detection method based on microwave signals | |
| RU2522775C1 (en) | Method for passive location of edges of metal rectangular parallelepiped in infrared radiation | |
| RU2413252C1 (en) | Gravitational wave detector | |
| RU2431159C1 (en) | Gravitational wave detector | |
| US20170307351A1 (en) | Phasing an Optical Interferometer Using the Radio Emission from the Target Being Observed | |
| RU2454685C1 (en) | Gravitational wave detector | |
| RU2416108C1 (en) | Method for complex target location | |
| RU2537384C1 (en) | Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation | |
| Shi et al. | Polarization-dependent characteristics of a photon-counting laser ranging system | |
| Markushin et al. | A polarimetric scanning LADAR: system development and performance analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110903 |