[发明专利]引力波探测装置设计及其方法

权利要求书

1.一种引力波探测装置设计及其方法，其特征在于它包括: 1.激光器；2.循环镜；3.半透明半反射玻璃；4. 相位调节器；5.反射镜；6.相位调节器；7反射镜；8. 光电二极管；9. 差分器；10.相关器。

2.如权利要求1所述的一种高频引力波测量装置，其特征在于所述的由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂；当2光臂相互垂直时，在入射引力波的作用下，2个光臂以相反的相位随着入射引力波振动；激光器发射的光束往返于2个光臂的检验质量之间，当有入射引力波存在的情况下，光电转换器件接收到从2个光臂来的光束间的位相差就会变化，激光干涉仪的臂长越长，能探测到的位相差也就越大，高频引力波(10 Hz一10 kHz)是高频引力波测量装置最敏感的频带。

3. 一种使用如权利要求1所述装置设计涉及TRIZ和光学干涉原理的设计方法，其特征在于包括如下步骤：本发明提出利用TRIZ和光学干涉原理研究光学干涉仪的技术进化路线，引力波探测装置是由迈克耳孙干涉仪进化而成的，迈克耳孙干涉仪是由贾民(Jiman)干涉仪进化而成的；在图1中，我们通过实验对贾民(Jiman)干涉仪进行分析，贾民(Jiman)干涉仪的干涉条纹明亮度比较高，但是两相干光束A和B分开的间隔与平行玻璃板厚度有关，这一间隔通常比较小, 限制了一些实验，因此仪器系统的适应性较差；表1  2008TRIZ矛盾矩阵表

 根据2008TRIZ矛盾矩阵表，应该改善仪器系统的“适应性”，然而减弱（恶化）干涉条纹的“明亮度”；“适应性”和“明亮度”的工程参数序号分别为32及23，在矩阵表中，第32行与23列交叉处所对应的矩阵元素的数字为推荐的发明原理序号，即1，32，35，24，17，19，28，26；根据TRIZ推荐的8个发明原理作为技术进化路线，使用前三个发明原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪，使用剩余的五个发明原理将迈克耳孙干涉仪进化成引力波探测装置；根据TRIZ推荐的发明原理1分割：将物体分割独立的部分；将图1中的两块玻璃分割成六块较薄玻璃，分别放置图2中2、3、4、5、6和7；发明原理32改变颜色：改变一个物体的透明度；将图2中3玻璃改变为半镀银玻璃板，使其为半透明半反射玻璃；发明原理35改变特性：改变浓度或密度；在图2中，改变3半透明玻璃成分的浓度，使A线和B线间隔分开后更清晰；改变玻璃5和7部分成分浓度，将其改变成反射镜，3、4和6仍然是透明玻璃；以上三个发明原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪；根据TRIZ推荐的发明原理24、中介物：使用中间物体来传递或者执行一个动作；引力波作为中间物体可以执行一个动作；引力波垂直于激光的传播方向会产生与激光同频率扰动的光子流，使干涉条纹发生移动；发明原理17、转变到新维度：把光线投射到邻近的区域；因为引力波太弱了，把光线投射到邻近的区域，增加光程，使干涉臂的有效长度增加，才能提高测量精度，如图3所示，根据发明原理17我们采用两种方法增加光程：（1）增加4和5之间的距离L₁，增加6和7之间的距离L₂；（2）将图2中4和6的透明玻璃改为图3中4和6的相位调节器，将2透明玻璃改为循环镜，使激光在4和5之间多次反射，使激光在6和7之间多次反射； 发明原理19、周期性动作：如果作用已经是周期的，则改变其频率；当引力波来到时，作用于引力波探测装置光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动；发明原理28、代替机械系统：用光、声、热、嗅觉系统代替机械系统；当引力波到达时，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，用光电二极管探测干涉条纹移动引起的光强变化，判定引力波的存在；发明原理26、复制：用光学图像代替物体(或物体系统)，然后缩小或放大它；通过8光电二极管的光强变化，利用9差分器和10相关器复制光强与相位之间的关系，得到相位的变化，获得待测引力波的值；以上使用五个发明原理将迈克耳孙干涉仪进化成引力波探测装置。