RU2156481C1 - Гравитационно-волновой детектор - Google Patents
Гравитационно-волновой детектор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2156481C1 RU2156481C1 RU99119672A RU99119672A RU2156481C1 RU 2156481 C1 RU2156481 C1 RU 2156481C1 RU 99119672 A RU99119672 A RU 99119672A RU 99119672 A RU99119672 A RU 99119672A RU 2156481 C1 RU2156481 C1 RU 2156481C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- phase
- reflector
- translucent
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Использование: для обнаружения низкочастотных периодических гравитационно-волновых (ГВ) сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов. Сущность изобретения: за счет введения в двухрезонаторную треугольной конфигурации лазерную систему с пространственно неэквивалентными контурами с общими активным и отражательными элементами с выхода устройства на вход (в ее оптические пути) одного из резонаторов корреляционной отрицательной обратной связи и корреляционной положительной обратной связи на вход другого резонатора, обеспечивается ее трансформация в активный корреляционный гребенчатый адаптивный фильтр накопления ГВ-сигналов, работа которого эквивалентна работе ГВ-антенны с обработкой сигналов. Технический результат: повышение помехозащищенности устройства. 2 ил.
Description
Изобретение относится к лазерно-интерферометрическим гравитационно-волновым (ГВ) детекторам и может быть использовано, например, для обнаружения периодических низкочастотных гравитационно-волновых сигналов от двойных астрофизических объектов.
Известно, что существует теоретическое предсказание о формировании эластодинамического отклика веберовского детектора [1] и электородинамического 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 больше 1.
Известен [3] ГВ-детектор для обнаружения периодических низкочастотных ГВ-сигналов от двойных астрофизических объектов, который является наиболее близким к заявляемому объекту и поэтому выбран в качестве прототипа. Он представляет собой лазер с двумя геометрически или пространственно неэквивалентными оптическими резонаторами стоячих волн, построенными на одних и тех же оптических элементах, и содержит активный элемент и рабочую среду в нем, первый и второй глухие голограммные дифракционные отражатели, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, первую и вторую поляризационные призмы, первую и вторую диафрагмы и оптически связанные поляризатор и фотодетектор. Третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, первые глухой голограммный дифракционный отражатель, диафрагма и поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют первый оптический резонатор стоячих волн. Первый глухой голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, вторые диафрагма, поляризационная призма и второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют второй оптический резонатор стоячих волн. Все отражатели размещены в вершинах прямоугольного или равностороннего треугольника. Плоскости пропускания поляризационных призм взаимно ортогональны. Оптические излучения первого и второго оптических резонаторов стоячих волн через третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель выходят из вышеупомянутых резонаторов на взаимно ортогональных линейных поляризациях. Выходные оптические излучения после прохождения через поляризатор получают возможность образовывать интерференционное поле на входе фотодетектора. Фотодетектор предназначен для регистрации изменения интерферометрического поля, возникающего в результате изменения разности фаз в оптических излучениях резонаторов, которое в свою очередь возникает в результате ГВ-воздействия детектируемого периодического низкочастотного ГВ-сигнала.
Принцип действия такого ГВ-детектора заключается в том, что в результате ГВ-воздействия детектируемого периодического низкочастотного ГВ-сигнала на оптическое излучение первого и второго оптических резонаторов 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 или пространственной неэквивалентности конфигурации 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, известное устройство-прототип [3] имеет принципиальную возможность по обнаружению периодических низкочастотных ГВ-сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов.
Однако прототип имеет недостаточную помехозащищенность в условиях воздействия внешних и внутренних помех. Внешними помехами являются:
ГВ-воздействия на оптические излучения первого и второго резонаторов ГВ-сигналов от мешающих ГВ-источников и ГВ-сигналов от ГВ-фона;
Все виды помеховых механических воздействий на отражатели (вибрационные, сейсмические, акустические, тепловые).
ГВ-воздействия на оптические излучения первого и второго резонаторов ГВ-сигналов от мешающих ГВ-источников и ГВ-сигналов от ГВ-фона;
Все виды помеховых механических воздействий на отражатели (вибрационные, сейсмические, акустические, тепловые).
Внутренними помехами являются технические и естественные флуктуации фазы в рабочей среде активного элемента (технические помехи взаимокоррелированы в резонаторах).
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке гравитационно-волнового детектора, позволяющего обнаруживать слабые ГВ-сигналы в условиях воздействия внешних и внутренних помех, т. е. достижение технического результата - обеспечение необходимой помехозащищенности устройства.
Сущность изобретения заключается в том, что в известный гравитационно-волновой детектор, содержащий активный элемент и рабочую среду в нем, первый и второй глухие голограммные дифракционные отражатели, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, первую и вторую поляризационные призмы со взаимно ортогональными плоскостями пропускания, первую и вторую диафрагмы, а также оптически связанные поляризатор и первый фотодетектор, причем размещенные на пути оптического излучения третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, первый глухой голограммный дифракционный отражатель, первая диафрагма и первая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют первый оптический резонатор стоячих волн, а первый глухой голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, вторая диафрагма и вторая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют второй оптический резонатор стоячих волн, для решения поставленной задачи введены фазовый модулятор сигнала ошибки с блоком фазовой автоподстройки на его управляемом входе, первый и второй фазовые модуляторы, первое и второе полупрозрачные зеркала, лазерный гетеродин с блоком частотно-фазовой автоподстройки на его управляемом входе, призма Волластона, второй и третий фотодетекторы, линия временной задержки, коррелятор, последовательно соединенные умножитель, инвертор и регулируемый усилитель с блоком автоматической регулировки усиления на его управляемом входе, причем выход первого фотодетектора соединен со входом блока фазовой автоподстройки, а первый фазовый модулятор и фазовый модулятор сигнала ошибки размещены на пути оптического излучения первого оптического резонатора стоячих волн, второй фазовый модулятор размещен на пути оптического излучения второго оптического резонатора стоячих волн, а выход третьего полупрозрачного голограммного дифракционного отражателя через первое полупрозрачное зеркало оптически связан со входом поляризатора, и параллельно через первое и второе полупрозрачные зеркала и выход лазерного гетеродина через второе полупрозрачное зеркало оптически объединены призмой Волластона, выходы которой оптически связаны со входами второго и третьего фотодетекторов, причем выход второго фотодетектора параллельно подключен ко входу блока частотно-фазовой автоподстройки и к одному из входов коррелятора, выход третьего фотодетектора, являющегося выходом устройства, через линию временной задержки на период выделяемого гравитационно-волнового сигнала подключен параллельно ко второму входу коррелятора и ко входу умножителя, управляемый вход которого непосредственно и регулируемый вход регулируемого усилителя через блок автоматической регулировки усиления соединены с выходом коррелятора, а к управляемым входам первого и второго фазовых модуляторов подключены выходы умножителя и регулируемого усилителя соответственно.
Введение новых элементов: фазового модулятора сигнала ошибки с блоком фазовой автоподстройки, первого и второго фазовых модуляторов, первого и второго полупрозрачных зеркал, лазерного гетеродина с блоком частотно-фазовой автоподстройки, призмы Волластона, второго и третьего фотодетекторов, линии временной задержки на период выделяемого гравитационно-волнового сигнала, коррелятора, умножителя, инвертора, регулируемого усилителя, блока автоматической регулировки усиления, их взаимное расположение как по отношению друг к другу, так и по отношению к известным элементам устройства, оптические и электрические связи между ними и известными элементами устройства позволяют достичь решения поставленной задачи - обеспечения необходимой помехозащищенности устройства.
В отличие от известного технического решения, где оптические излучения на ортогональных поляризациях, проходя через третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель и поляризатор (совмещающий плоскости поляризации излучения) формируют на входе первого фотодетектора интерференционное поле, изменение которого регистрируется им и его выходной сигнал является выходным сигналом устройства, в заявляемом изобретении по выходному сигналу первого фотодетектора в блоке фазовой автоподстройки (ФАП) формируется сигнал ошибки (СО) для управления фазовым модулятором (ФМ) сигнала ошибки с целью стабилизации разности фаз первого и второго оптических резонаторов стоячих волн. Лазерное гетеродинирование каждого из выходных оптических излучений обеспечивает получение интерференционных полей, позволяющих регистрировать изменение фазы излучения в каждом из вышеупомянутых резонаторов. По сигналу первого (опорного) резонатора (канала) на выходе второго фотодетектора в блоке частотно-фазовой автоподстройки (ЧФАП) формируется сигнал ошибки, управляющий работой лазерного гетеродина (ЛГ). ЧФАП обеспечивает стабилизацию интерференционных полей на входах второго и третьего фотодетекторов так, чтобы частоты ЛГ, первого и второго резонаторов были равны.
Известно, что оптимальная обработка периодических сигналов связана с череспериодным накоплением, которое может быть реализовано с помощью фильтра, имеющего амплитудно-частотную характеристику с гребенчатой структурой. Простейшим практическим приближением оптимального гребенчатого фильтра накопления (ГФН) периодических сигналов является система, представляющая собой рециркулятор с задержанной положительной обратной связью (ПОС). В [4, 5] показано, что реализованный таким образом ГФН практически не проигрывает оптимальному. Для получения максимального отношения сигнал/шум в случае периодического сигнала большой длительности необходимо увеличить коэффициенты ПОС до значений, близких к единице. Практически это затруднено, поскольку при малейшем увеличении коэффициента ПОС вследствие нестабильности параметров схемы возникает самовозбуждение рециркуклятора. Кроме того, такой ГФН не адаптивен к изменяющемуся отношению сигнал/шум.
ГВ-детектор по заявляемому устройству работает как гребенчатый адаптивный фильтр накопления (ГАФИН), цепь рециркуляции которого является вспомогательным каналом корреляционного автокомпенсатора (АК). В цепи положительной обратной связи (ПОС) рециркулятора второй (сигнальный) резонатор использован в качестве сумматора-накопителя, на один из входов которого поступает сигнал, содержащий составляющую выделяемого ГВ-сигнала. Цепь ПОС содержит умножитель, управляемый напряжением регулирования, сформированным в корреляторе, по значению корреляционной функции сигнала с выхода сумматора (схемы вычитания) корреляционного АК и задержанного на период выделяемого ГВ-сигнала с выхода второго (сигнального) резонатора (выхода сумматора). В качестве сумматора АК (схемы вычитания) использован первый (опорный) оптический резонатор стоячих волн, на один из входов которого поступает сигнал в виде ГВ-воздействия на излучение, содержащий составляющую выделяемого ГВ-сигнала. Размещенные в резонаторах на путях оптического излучения фазовые модуляторы действуют синфазно с гравитационно-волновым воздействием выделяемого ГВ-сигнала на излучение во втором резонаторе в случае ГАФИН (корреляционная положительная обратная связь) и противофазно в первом резонаторе - в случае АК (корреляционная отрицательная обратная связь). Поскольку шум (помеха) складывается некогерентно, а сигнал - когерентно, в цепи положительной обратной связи ГАФИН происходит фильтрация последнего. Таким образом, заявляемое устройство - ГВ-детектор - является комбинацией двух гребенчатых адаптивных фильтров, один из которых настроен на подавление периодической (коррелированной) составляющей - автокомпенсатор (гребенчатый адаптивный фильтр подавления), другой - на ее выделение (гребенчатый адаптивный фильтр накопления).
Таким образом, заявляемый ГВ-детектор на основе лазера с двумя геометрически или пространственно неэквивалентными резонаторами после введения с его выхода на вход (в оптические пути первого и второго оптических резонаторов стоячих волн) корреляционных отрицательных и положительных обратных связей соответственно трансформируется в корреляционный гребенчатый адаптивный фильтр накопления периодических ГВ-сигналов, работа которого становится эквивалентной работе ГВ-антенны с обработкой сигналов. Следовательно, корреляционный ГАФИН становится активным (в отличие от пассивного ГФН [4, 5], который работает на выходе антенны, а не в составе ее).
Функциональная схема заявляемого устройства (на примере пространственно неэквивалентных оптических резонаторов стоячих волн) представлена на фиг. 1.
Активная среда 1, служащая для генерации лазерного излучения, расположена между первым глухим голограммным дифракционным отражателем 2 и третьим полупрозрачным голограммным дифракционным отражателем 11. Второй глухой голограммный дифракционный отражатель 7 расположен между первым глухим голограммным дифракционным отражателем 2 и третьим полупрозрачным голограммным дифракционным отражателем 11. Между первым глухим голограммным дифракционным отражателем 2 и вторым глухим голограммным дифракционным отражателем 7 расположены последовательно по ходу оптического излучения первая диафрагма 3, первая поляризационная призма 4, фазовый модулятор сигнала ошибки 5 и первый фазовый модулятор 6. Между вторым глухим голограммным дифракционным отражателем 7 и третьим полупрозрачным голограммным дифракционным отражателем 11 расположены последовательно по ходу оптического излучения второй фазовый модулятор 8, вторая поляризационная призма 9 и вторая диафрагма 10. Между третьим полупрозрачным голограммным дифракционным отражателем 11 и первым фотодетектором 25 расположены последовательно по ходу оптического излучения первое полупрозрачное зеркало 13 и поляризатор 12. Между первым полупрозрачным зеркалом 13 и вторым 22 и третьим 26 фотодетекторами расположены последовательно по ходу оптического излучения второе полупрозрачное зеркало 14 и призма Волластона 15. Голограммные дифракционные отражатели 2, 7, 11 расположены в вершинах правильного треугольника. Ход оптических лучей в устройстве показан на фигуре стрелками. Выход второго фотодетектора (ФД) 22 через блок ЧФАП 21 подключен к управляемому входу ЛГ 20, выход которого через второе полупрозрачное зеркало 14 оптически связан с призмой Волластона 15. Кроме того, выход ФД 22 подключен также к одному из входов коррелятора 23, второй вход которого через линию временной задержки 27 на период Tg выделяемого периодического ГВ-сигнала соединен с выходом третьего ФД 26. Выход коррелятора 23 соединен с управляемым входом умножителя 18 и параллельно через блок автоматической регулировки усиления (АРУ) 19 соединен с управляемым входом регулируемого усилителя (РУ) 16. Выход линии временной задержки 27 параллельно соединен также со входом умножителя 18, выход которого непосредственно соединен с управляемым входом первого фазового модулятора 6, а через инвертор 17 и РУ 16 соединен с управляемым входом второго фазового модулятора 8. Выход первого ФД 25 через блок ФАП 24 соединен с управляемым входом фазового модулятора сигнала ошибок 5. Выходом устройства является выход третьего ФД 26.
На фиг. 2 представлена эквивалентная схема (без ФАП и ЧФАП) заявляемого объекта, облегчающая понимание сути его работы.
Устройство работает следующим образом.
Оптическое излучение с полным набором поляризаций, выходя из активной среды 1, попадает на дифракционные отражатели 2 и 11. Часть оптического излучения с ТЕ-поляризацией зеркально отражается (угол падения равен углу отражения) от дифракционного отражателя 2 и после прохождения через элементы 3, 4, 5, 6 автоколлимационно отражается (меняет свое направление на противоположное) от дифракционного отражателя 7, после чего проходит через элементы 6, 5, 4,3, зеркально отражается от дифракционного отражателя 2, проходит через активную среду 1 и автоколлимационно отражается от дифракционного отражателя 11, обеспечивая генерацию стоячей волны ТЕ-поляризации. Другая часть излучения с ТМ-поляризацией зеркально отражается от дифракционного отражателя 11 и после прохождения через элементы 10, 9, 8 автоколлимационно отражается от дифракционного отражателя 7, после чего проходит через элементы 8, 9, 10, зеркально отражается от дифракционного отражателя 11, проходит через активную среду 1 и автоколлимационно отражается от дифракционного отражателя 2, обеспечивая генерацию стоячей волны ТМ-поляризации. Поляризационные призмы 4 и 9 пропускают через себя только излучения с ТЕ- и ТМ-поляризациями, соответственно, обеспечивая пространственную неэквивалентность первого и второго резонаторов. Диафрагмы 3 и 10 выделяют основные поперечные TEM00 моды в каждом резонаторе и обеспечивают необходимую степень пространственного перекрытия в активной среде 1 генерируемых мод с ТЕ- и ТМ-поляризациями для подавления конкуренции и уменьшения связи между ними. За счет подбора толщин поляризационных призм 4 и 9 выравниваются оптические длины первого и второго резонаторов, что приведет к одинаковой частоте генерации ω0 их излучений с ТЕ- и ТМ-поляризациями. Гравитационное излучение в силу пространственной неэквивалентности резонаторов с ТЕ- и ТМ-поляризациями генерируемого оптического излучения, вызывает гравитационно-индуцированную разность собственных частот резонаторов (методика расчета приведена в [3])
где h - безразмерная амплитуда гравитационной волны. В результате происходит индуцированное выделяемым ГВ-сигналом периодическое изменение фазы в каждом резонаторе. Первое полупрозрачное зеркало 13 обеспечивает поступление оптического излучения на поляризатор 12 и второе полупрозрачное зеркало 14. Благодаря поляризатору 12, у которого плоскость пропускания света образует угол 45o с плоскостью фиг. 1, ортогональные излучения первого и второго резонаторов на входе первого фотодетектора 25 создают интерференционное поле. По выходному напряжению фотодетектора 25 в блоке ФАП 24 формируется сигнал ошибки, управляющий работой фазового модулятора сигнала ошибки 5. С помощью лазерного гетеродина 20, генерирующего линейно поляризованное излучение на частоте ωг с вектором электрического поля, образующим угол 45o с плоскостью фиг. 1, и полупрозрачного зеркала 14, обеспечивается получение интерференционных полей, позволяющих регистрировать благодаря призме Волластона 15 изменения фазы излучения в каждом из резонаторов на входах второго 22 и третьего 26 фотодетекторов. По выходному напряжению фотодетектора 22 в блоке ЧФАП 21 формируется сигнал ошибки, управляющий работой лазерного гетеродина 20. ЧФАП 21 обеспечивает стабилизацию интерференционных полей на входах фотодетекторов 22 и 26 так, что ωг= ω0.
В результате гравитационно-волнового и помеховых воздействий непосредственно на оптические излучения первого и второго оптических резонаторов стоячих волн и помеховых воздействий через дифракционные отражатели 2, 7, 11 в резонаторах формируются набеги фаз φ1 и φ2 соответственно, что эквивалентно (см. фиг. 2) поступлению аддитивной смеси сигналов U1(t) на основной вход сумматора АК (схемы вычитания - первый резонатор) и U2(t) на основной вход сумматора ГАФИН (второй резонатор).
где h - безразмерная амплитуда гравитационной волны. В результате происходит индуцированное выделяемым ГВ-сигналом периодическое изменение фазы в каждом резонаторе. Первое полупрозрачное зеркало 13 обеспечивает поступление оптического излучения на поляризатор 12 и второе полупрозрачное зеркало 14. Благодаря поляризатору 12, у которого плоскость пропускания света образует угол 45o с плоскостью фиг. 1, ортогональные излучения первого и второго резонаторов на входе первого фотодетектора 25 создают интерференционное поле. По выходному напряжению фотодетектора 25 в блоке ФАП 24 формируется сигнал ошибки, управляющий работой фазового модулятора сигнала ошибки 5. С помощью лазерного гетеродина 20, генерирующего линейно поляризованное излучение на частоте ωг с вектором электрического поля, образующим угол 45o с плоскостью фиг. 1, и полупрозрачного зеркала 14, обеспечивается получение интерференционных полей, позволяющих регистрировать благодаря призме Волластона 15 изменения фазы излучения в каждом из резонаторов на входах второго 22 и третьего 26 фотодетекторов. По выходному напряжению фотодетектора 22 в блоке ЧФАП 21 формируется сигнал ошибки, управляющий работой лазерного гетеродина 20. ЧФАП 21 обеспечивает стабилизацию интерференционных полей на входах фотодетекторов 22 и 26 так, что ωг= ω0.
В результате гравитационно-волнового и помеховых воздействий непосредственно на оптические излучения первого и второго оптических резонаторов стоячих волн и помеховых воздействий через дифракционные отражатели 2, 7, 11 в резонаторах формируются набеги фаз φ1 и φ2 соответственно, что эквивалентно (см. фиг. 2) поступлению аддитивной смеси сигналов U1(t) на основной вход сумматора АК (схемы вычитания - первый резонатор) и U2(t) на основной вход сумматора ГАФИН (второй резонатор).
Сигналы U1(t) и U2(t), обусловленные соответствующими изменениями фаз φ1 и φ2 в излучениях первого и второго оптических резонаторов стоячих волн соответственно, можно представить в виде [2, 3]
где символ ψ обозначает либо сигнал (напряжение) U, либо фазу φ;
ψ1g(t),ψ2g(t) - составляющие, обусловленные гравитационно-волновым воздействием детектируемого ГВ-сигнала на оптическое излучение первого и второго резонаторов через изменение их показателей преломления вдоль оптического пути;
ψ1gni(t),ψ2gni(t) - составляющие, обусловленные помеховыми гравитационно-волновыми воздействиями ГВ-сигналов от мешающих ГВ-источников и ГВ-сигналов от ГВ-фона на оптическое излучение первого и второго резонаторов через изменение их показателей преломления вдоль оптического пути;
ψ1зnj(t),ψ2зnj(t) - составляющие, обусловленные всеми видами механических воздействий на дифракционные отражатели 2, 7 и 11 (вибрационными, сейсмическими, акустическими, термодинамическими);
ψ1n(t),ψ2n(t) - составляющие, обусловленные техническими и естественными флуктуациями фазы в активном элементе (технические - коррелированы);
m - число мешающих ГВ-источников.
где символ ψ обозначает либо сигнал (напряжение) U, либо фазу φ;
ψ1g(t),ψ2g(t) - составляющие, обусловленные гравитационно-волновым воздействием детектируемого ГВ-сигнала на оптическое излучение первого и второго резонаторов через изменение их показателей преломления вдоль оптического пути;
ψ1gni(t),ψ2gni(t) - составляющие, обусловленные помеховыми гравитационно-волновыми воздействиями ГВ-сигналов от мешающих ГВ-источников и ГВ-сигналов от ГВ-фона на оптическое излучение первого и второго резонаторов через изменение их показателей преломления вдоль оптического пути;
ψ1зnj(t),ψ2зnj(t) - составляющие, обусловленные всеми видами механических воздействий на дифракционные отражатели 2, 7 и 11 (вибрационными, сейсмическими, акустическими, термодинамическими);
ψ1n(t),ψ2n(t) - составляющие, обусловленные техническими и естественными флуктуациями фазы в активном элементе (технические - коррелированы);
m - число мешающих ГВ-источников.
Напряжение UΣ(t) на выходе сумматора ГАФИН - второго резонатора (выход ФД 26) равно [5]
UΣ(t) = U2(t)-γβ•k(t)•UΣ(t-Tg) (3)
а напряжение UΔ(t) на выходе сумматора (схемы вычитания) АК - первого резонатора (выход ФД 22) равно
UΔ(t) = U1(t)+β•k(t)•UΣ(t-Tg) (4)
где
напряжение регулирования (коэффициент передачи), сформированное в корреляторе 23 по корреляционной функции сигналов с выхода сумматора АК (ФД 22) и задержанное на время Tg в линии временной задержки 27 с выхода сумматора ГАФИН (ФД 26) и подаваемое на управляемый вход умножителя 18 и схемы АРУ 19;
β ≫ 1 - коэффициент усиления в цепи корреляционной отрицательной обратной связи АК;
UΔ(t)•UΣ(t-Tg) - напряжение, подаваемое с выхода умножителя 18 на первый фазовый модулятор 6 первого резонатора (вспомогательный вход схемы вычитания сумматора АК);
γβ•k(t)•UΣ(t-Tg) - напряжение, формируемое в регулируемом усилителе 16 по выходному напряжению умножителя 18 (после инвертирования по фазе на "-1" в инверторе 17) и выходному напряжению в схеме АРУ 19 и подаваемое на второй фазовый модулятор 8 второго резонатора (вспомогательный вход сумматора ГАФИН);
коэффициент усиления цепи корреляционной положительной обратной связи (в цепи рециркуляции), формируемый в схеме АРУ 19 по выходному напряжению коррелятора 23 для регулирования усилителя 16. Изменение коэффициента усиления γ по такому закону обеспечивает необходимое соотношение амплитуд на входе сумматора ГАФИН для достижения на его выходе (на выходе ФД 26 минимум дисперсии, выделенной в фильтре периодической составляющей путем сохранения неизменности амплитуды накопленного за предыдущие периоды в цепи положительной обратной связи ГВ-сигнала;
Tg - период выделяемого ГВ-сигнала;
черта сверху означает усреднение по времени.
UΣ(t) = U2(t)-γβ•k(t)•UΣ(t-Tg) (3)
а напряжение UΔ(t) на выходе сумматора (схемы вычитания) АК - первого резонатора (выход ФД 22) равно
UΔ(t) = U1(t)+β•k(t)•UΣ(t-Tg) (4)
где
β ≫ 1 - коэффициент усиления в цепи корреляционной отрицательной обратной связи АК;
UΔ(t)•UΣ(t-Tg) - напряжение, подаваемое с выхода умножителя 18 на первый фазовый модулятор 6 первого резонатора (вспомогательный вход схемы вычитания сумматора АК);
γβ•k(t)•UΣ(t-Tg) - напряжение, формируемое в регулируемом усилителе 16 по выходному напряжению умножителя 18 (после инвертирования по фазе на "-1" в инверторе 17) и выходному напряжению в схеме АРУ 19 и подаваемое на второй фазовый модулятор 8 второго резонатора (вспомогательный вход сумматора ГАФИН);
Tg - период выделяемого ГВ-сигнала;
черта сверху означает усреднение по времени.
Поскольку заявляемое устройство предназначено для обнаружения периодических низкочастотных ГВ-сигналов с периодом Tg > 1000 с, линия временной задержки 27 выполнена в виде цифрового запоминающего устройства с аналого-цифровым преобразователем на его входе и цифроаналоговым преобразователем на его выходе.
При β ≫ 1 с учетом (1) и (2) получаем известный результат [5]
Эквивалентная запись выражений (3) и (4) через фазовые сдвиги в оптических излучениях второго и первого резонаторов с учетом (1) и (2) выглядят соответственно
φΣ(t) = φ2(t)-γβ•k(t)•φΣ(t-Tg), (5)
φΔ(t) = φ1(t)+β•k(t)•φΣ(t-Tg). (6)
Из (3) и (4) или (5) и (6) следует, что коррелятор 23 обеспечивает равенство амплитуд, коррелированных через Tg составляющих и их противофазность на входах схемы вычитания АК (первого резонатора), что в свою очередь приводит к обеспечению синфазного (когерентного) сложения выделяемого периодического ГВ-сигнала в сумматоре ГАФИН - во втором резонаторе ГВ-детектора.
Эквивалентная запись выражений (3) и (4) через фазовые сдвиги в оптических излучениях второго и первого резонаторов с учетом (1) и (2) выглядят соответственно
φΣ(t) = φ2(t)-γβ•k(t)•φΣ(t-Tg), (5)
φΔ(t) = φ1(t)+β•k(t)•φΣ(t-Tg). (6)
Из (3) и (4) или (5) и (6) следует, что коррелятор 23 обеспечивает равенство амплитуд, коррелированных через Tg составляющих и их противофазность на входах схемы вычитания АК (первого резонатора), что в свою очередь приводит к обеспечению синфазного (когерентного) сложения выделяемого периодического ГВ-сигнала в сумматоре ГАФИН - во втором резонаторе ГВ-детектора.
Таким образом, заявляемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что введенные в него элементы обеспечивают с выхода устройства на вход (в оптический путь излучения) первого резонатора корреляционную отрицательную обратную связь и корреляционную положительную обратную связь во второй резонатор и трансформирует его в активный корреляционный гребенчатый адаптивный фильтр накопления ГВ-сигналов, работа которого эквивалентна работе ГВ-антенны с обработкой сигналов.
Источники информации
1. Милюков В.К., Руденко В.Н., // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР, серия Астрономия, 1991, т. 41, с. 147-193.
1. Милюков В.К., Руденко В.Н., // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР, серия Астрономия, 1991, т. 41, с. 147-193.
2. Балакин А.Б., Кисунько Г.В., Мурзаханов З.Г., Русяев Н.Н.// ДАН СССР, 1991, т. 316, N 5, с. 1122-1125.
3. Балакин А.Б., Кисунько Г.В., Мурзаханов З.Г., Скочилов А.Ф.// ДАН России, 1998, т. 361, N 4, с. 477-480. (прототип)
4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Часть 1. - М.: Советское радио, 1967.
4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Часть 1. - М.: Советское радио, 1967.
5. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. - М.: Советское радио, 1970.
Claims (1)
- Гравитационно-волновой детектор, содержащий активный элемент и рабочую среду в нем, первый и второй глухие голограммные дифракционные отражатели, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, первую и вторую поляризационные призмы со взаимно ортогональными плоскостями пропускания, первую и вторую диафрагмы, а также оптически связанные поляризатор и первый фотодетектор, причем размещенные на пути оптического излучения третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, первый глухой голограммный дифракционный отражатель, первая диафрагма и первая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют первый оптический резонатор стоячих волн, а первый глухой голограммный дифракционный отражатель, активный элемент, третий полупрозрачный голограммный дифракционный отражатель, вторая диафрагма и вторая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель образуют второй оптический резонатор стоячих волн, отличающийся тем, что в него введены фазовый модулятор сигнала ошибки с блоком фазовой автоподстройки на его управляемом входе, первый и второй фазовые модуляторы, первое и второе полупрозрачные зеркала, лазерный гетеродин с блоком частотно-фазовой автоподстройки на его управляемом входе, призма Волластона, второй и третий фотодетекторы, линия временной задержки, коррелятор, последовательно соединенные умножитель, инвертор и регулируемый усилитель с блоком автоматической регулировки усиления на его управляемом входе, причем выход первого фотодетектора соединен со входом блока фазовой автоподстройки, а первый фазовый модулятор и фазовый модулятор сигнала ошибки размещены на пути оптического излучения первого оптического резонатора стоячих волн, второй фазовый модулятор размещен на пути оптического излучения второго оптического резонатора стоячих волн, а выход третьего полупрозрачного голограммного дифракционного отражателя через первое полупрозрачное зеркало оптически связан со входом поляризатора, и параллельно через первое и второе полупрозрачные зеркала и выход лазерного гетеродина через второе полупрозрачное зеркало оптически объединены призмой Волластона, выходы которой оптически связаны со входами второго и третьего фотодетекторов, причем выход второго фотодетектора параллельно подключен ко входу блока частотно-фазовой автоподстройки и к одному из входов коррелятора, выход третьего фотодетектора, являющегося выходом устройства, через линию временной задержки на период выделяемого гравитационно-волнового сигнала подключен параллельно ко второму входу коррелятора и ко входу умножителя, управляемый вход которого непосредственно и регулируемый вход регулируемого усилителя через блок автоматической регулировки усиления соединены с выходом коррелятора, а к управляемым входам первого и второго фазовых модуляторов подключены входы умножителя и регулируемого усилителя соответственно.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119672A RU2156481C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Гравитационно-волновой детектор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119672A RU2156481C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Гравитационно-волновой детектор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2156481C1 true RU2156481C1 (ru) | 2000-09-20 |
Family
ID=20224883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99119672A RU2156481C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Гравитационно-волновой детектор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2156481C1 (ru) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7559149B2 (en) | 2006-11-22 | 2009-07-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7562460B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7562461B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7571547B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-08-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7581327B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-01 | Technological Recources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7584544B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-08 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7596876B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-10-06 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7624635B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-01 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7627954B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-08 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7637153B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-29 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7714584B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-05-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7784343B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-31 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7823449B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7849739B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-12-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| RU2475785C1 (ru) * | 2011-09-28 | 2013-02-20 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" Академии наук Республики Татарстан | Гравитационно-волновой детектор |
-
1999
- 1999-09-14 RU RU99119672A patent/RU2156481C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАЛАКИН А.Б. и др. Трехголограммная двухрезонаторная лазерная система как детектор периодического гравитационного излучения. ДАН, 1998, т.361, N 4, с.477 - 480. * |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7942054B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-05-17 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7788974B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-09-07 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US8074515B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-12-13 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7784343B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-31 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7980130B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-07-19 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7975544B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-07-12 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7938003B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-05-10 | Technological Resources Pty. Limited | Gravity gradiometer |
| US7823448B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty. Ltd. | Actuatory and gravity gradiometer |
| US8033170B2 (en) | 2006-11-20 | 2011-10-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7596876B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-10-06 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7714584B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-05-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7562461B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7581327B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-01 | Technological Recources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7814790B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-10-19 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7584544B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-08 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7559149B2 (en) | 2006-11-22 | 2009-07-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7823449B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7849739B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-12-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7624635B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-01 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7627954B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-08 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7637153B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-29 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7571547B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-08-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| US7562460B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
| RU2475785C1 (ru) * | 2011-09-28 | 2013-02-20 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" Академии наук Республики Татарстан | Гравитационно-волновой детектор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2156481C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
| US5637872A (en) | Gas detector | |
| US5080491A (en) | Laser optical ultarasound detection using two interferometer systems | |
| US5748325A (en) | Gas detector for plural target zones | |
| US3458259A (en) | Interferometric system | |
| RU2167437C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
| Herasimov et al. | Formation analysis of multi-frequency signals of laser information measuring system | |
| RU2171483C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
| RU2171482C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
| US4180328A (en) | Interferometer which corrects for spurious vibrations | |
| CN107894587B (zh) | 一种基于光锁相的脉冲激光零差相干探测装置 | |
| US3258597A (en) | Laser heterodyne communication system | |
| EP0645616A4 (en) | DISPERSIONS INTERFEROMETER. | |
| Carleton et al. | Collinear heterodyning in optical processors | |
| Corcoran et al. | Nonlinear optical effects using a CO2 laser and a klystron | |
| US3474253A (en) | Method and apparatus for optically detecting acoustic disturbances | |
| US3510665A (en) | Apparatus for plasma measurement | |
| RU2167397C2 (ru) | Лазерный гироскоп | |
| Balakin et al. | Kazan project" Dulkyn" for the detection of periodic gravitational radiation | |
| US3514207A (en) | Device for determining the displacement of a reflecting movable object relative to a fixed object with the use of an optical maser | |
| JPH06186337A (ja) | レーザ測距装置 | |
| CN108123359B (zh) | 超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法 | |
| RU2367984C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор | |
| Renhorn et al. | Coherent laser radar for vibrometry: robust design and adaptive signal processing | |
| RU2454685C1 (ru) | Гравитационно-волновой детектор |