[发明专利]一种全光纤的引力波测量教学演示系统及演示方法

权利要求书

1.一种全光纤的引力波测量教学演示系统，其特征在于，包括：相干光源(1)、耦合器(2)、光开关(3，4，5，6)、法拉第旋转镜(7，8)、光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)、声波源(b1,b2,…,bn)、隔音箱(c1,c2,…,cn，e)、光电探测器(9)及信号分析与处理器(10)；其中，

所述相干光源(1)用于产生入射光场；

所述耦合器(2)用于所述入射光场的分束与合束；

所述光开关(3，4，5，6)用于光路选择，实现迈克尔逊干涉仪的不同臂长；

所述法拉第旋转镜(7，8)用于实现光波的反射和光路中偏振衰落的抑制；

所述光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)用于构成迈克尔逊干涉仪的信号臂和参考臂；

所述声波源(b1,b2,…,bn)用于模拟引力波；

所述隔音箱(c1,c2,…,cn，e)用于屏蔽外界声音对演示系统的影响；

所述光电探测器(9)用于实现仿真引力波引起的干涉信号探测；

所述信号分析与处理器(10)用于所述干涉信号的分析与处理，实现引力波测量；

所述相干光源(1)、所述耦合器(2)、所述光开关(3，4，5，6)、所述法拉第旋转镜(7，8)及所述光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)构成臂长可调节的迈克尔逊干涉仪，以实现迈克尔逊干涉仪的设计实验；

改变所述光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)的偏振态，以实现所述法拉第旋转镜(7，8)对所述系统随机偏振的抑制实验；

利用所述声波源(b1,b2,…,bn)作用在所述光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)上，引起所述光纤线圈沿线长度发生变化，用来仿真引力波引起空间长度变化，以实现基于所述迈克尔逊干涉仪的引力波测量；

通过所述光开关(3，4，5，6)完成光路切换，以所述光开关(3，4，5，6)控制不同路径实现引力波测量灵敏度与臂长之间的关系的测量实验。

2.根据权利要求1所述的全光纤的引力波测量教学演示系统，其特征在于，在引力波测量灵敏度与臂长之间的关系的测量实验中：

在光开关(3，4)作用下，所述迈克尔逊干涉仪的信号臂包含n条臂长不同的路径；其中，信号臂Ⅰ由光纤线圈(a1)、声波源(b1)和隔音箱(c1)组成；信号臂Ⅱ由光纤线圈(a2)、声波源(b2)和隔音箱(c2)组成；信号臂N由光纤线圈(an)、声波源(bn)和隔音箱(cn)组成；

在光开关(5，6)作用下，所述迈克尔逊干涉仪的参考臂包含n条臂长不同的路径；其中，参考臂Ⅰ由光纤线圈(d1)组成；参考臂Ⅱ由光纤线圈(d2)组成；参考臂N由光纤线圈(dn)组成；所述迈克尔逊干涉仪的参考臂放置在隔音箱(e)中。

3.一种全光纤的引力波测量教学演示方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的引力波测量教学演示系统，包括以下步骤：

步骤1：由相干光源(1)构成的信号发射模块发出一束单色的频率稳定的入射激光；

步骤2：所述入射激光注入由耦合器(2)、光开关(3，4，5，6)、法拉第旋转镜(7，8)、光纤线圈(a1,a2…,an,d1,d2,…,dn)、声波源(b1,b2,…,bn)、隔音箱(c1,c2,…,cn，e)所构成的干涉模块，获得仿真引力波引起的干涉信号；

步骤3：所述干涉信号通过由光电探测器(9)和信号分析与处理器(10)所构成的信号采集与处理模块，实现对所述干涉信号的测量、分析与处理。