RU2171483C1 - Gravitation-wave detector - Google Patents
Gravitation-wave detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171483C1 RU2171483C1 RU2000119006A RU2000119006A RU2171483C1 RU 2171483 C1 RU2171483 C1 RU 2171483C1 RU 2000119006 A RU2000119006 A RU 2000119006A RU 2000119006 A RU2000119006 A RU 2000119006A RU 2171483 C1 RU2171483 C1 RU 2171483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- signal
- circuit
- input
- adder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерно-интерферометрическим гравитационно-волновым (ГВ) детекторам и может быть использовано, например, в гравитационно-волновой астрономии для обнаружения периодических низкочастотных гравитационно-волновых сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов. The invention relates to laser-interferometric gravitational-wave (GW) detectors and can be used, for example, in gravitational-wave astronomy to detect periodic low-frequency gravitational-wave signals from double relativistic astrophysical objects.
Известно, что существуют теоретические предсказания о формировании эластодинамического отклика твердотельных ГВ-антенн - детекторов Веберовского типа [1] , электродинамического отклика длиннобазовых лазерно-интерферометрических антенн Майкельсоновского типа [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. Это уменьшает достоверность обнаружения ГВ-сигналов, поскольку требуемое мгновенное отношение сигнал/шум для уверенного обнаружения ГВ-сигнала от вспышечного источника ГИ такими детекторами должно быть больше единицы. It is known that there are theoretical predictions about the formation of the elastodynamic response of solid-state GW antennas - Weber type detectors [1], the electrodynamic response of long-base Michelson type laser interferometric antennas [1] and compact [2] laser interferometric antennas to the effect of the gravitational radiation field (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. This reduces the reliability of the detection of GV signals, since the required instantaneous signal-to-noise ratio for reliable detection of the GV signal from a flash source of GI by such detectors should be more than unity.
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 пространственно неэквивалентными оптическими резонаторами бегущих волн, построенными на одних и тех же отражательных элементах, и содержит активный элемент и рабочую среду в нем, первый, второй и третий глухие голограммные дифракционные отражатели, глухой отражатель с пьезоэлементом на его обратной стороне, полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне, фазовый модулятор, первую, вторую, третью и четвертую поляризационные призмы, поляризатор, первое полупрозрачное делительное зеркало, первый фотодетектор с блоком частотной автоподстройки на его выходе, второй фотодетектор с блоком фазовой автоподстройки на его выходе, третий фотодетектор, внутрипериодный гребенчатый фильтр накопления, первый коррелятор с первым умножителем на его выходе, второй коррелятор со вторым умножителем на его выходе. Размещенные последовательно на пути оптического излучения активный элемент, полупрозрачное зеркало с дифракционной решеткой на обратной стороне, первый глухой голограммный дифракционный отражатель, фазовый модулятор, первая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель, вторая поляризационная призма, полупрозрачное зеркало с дифракционной решеткой на обратной стороне, третий глухой голограммный дифракционный отражатель, глухой отражатель с пьезоэлементом на обратной стороне образуют первый оптический резонатор бегущих волн. Активный элемент, глухой отражатель с пьезоэлементом на обратной стороне, третий глухой голограммный дифракционный отражатель, четвертая поляризационная призма, второй глухой голограммный дифракционный отражатель, третья поляризационная призма, глухой отражатель с пьезоэлементом на обратной стороне, первый глухой голограммный дифракционный отражатель, полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне образуют второй оптический резонатор бегущих волн. Первый, второй и третий глухие голограммные дифракционные отражатели, глухой отражатель с пьезоэлементом на обратной стороне, полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне размещены на вершинах правильного пятиугольника. Плоскости пропускания первой и второй поляризационных призм ортогональны плоскостям пропускания третьей и четвертой поляризационных призм. Выход полупрозрачного зеркала с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне через поляризатор и первое делительное полупрозрачное зеркало оптически связан со входом первого фотодетектора. Выход блока частотной автоподстройки подключен к управляемому входу пьезоэлемента глухого отражателя, а выход блока фазовой автоподстройки подключен к управляемому входу фазового модулятора. Оптические излучения первого и второго оптических резонаторов бегущих волн через полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне выходят из этих резонаторов на взаимноортогональных линейных поляризациях. Выходные оптические излучения после прохождения через поляризатор получают возможность образовывать интерференционные поля на входах фотодетекторов. Фотодетекторы предназначены для регистрации изменения интерференционного 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. Known [3] a GW detector for detecting periodic low-frequency GW signals from binary astrophysical objects, which is closest to the claimed object and therefore is selected as a prototype. It is a laser with two spatially nonequivalent traveling-wave optical resonators built on the same reflective elements, and contains an active element and a working medium in it, the first, second, and third deaf hologram diffraction reflectors, a deaf reflector with a piezoelectric element on its back side , a translucent mirror with a thin diffraction grating on its reverse side, a phase modulator, first, second, third and fourth polarizing prisms, a polarizer, the first translucent d Call duration mirror, the first photodetector unit with frequency-locked at its output, a second photodetector unit with a phase locked at its output, a third photodetector vnutriperiodny accumulation comb filter, a first multiplier with a first correlator at the output of the second correlator to a second multiplier at its output. The active element, a semitransparent mirror with a diffraction grating on the back side, the first blind hologram diffraction reflector, phase modulator, the first polarizing prism, the second blind hologram diffraction reflector, the second polarizing prism, the translucent mirror with the diffraction grating on the back side, placed in series on the path of optical radiation, the third blind hologram diffraction reflector, a blind reflector with a piezoelectric element on the reverse side form the first optical s traveling wave resonator. Active element, a blank reflector with a piezoelectric element on the back side, a third blank hologram hologram diffraction reflector, a fourth polarizing prism, a second blank hologram hologram diffraction reflector, a third polarizing prism, a blank reflector with a piezoelectric element on the back side, the first blank hologram reflective diffraction diffraction mirror a lattice on the reverse side forms a second traveling-wave optical resonator. The first, second, and third deaf hologram diffraction reflectors, a deaf reflector with a piezoelectric element on the reverse side, a translucent mirror with a thin diffraction grating on the reverse side are located on the vertices of a regular pentagon. The transmission planes of the first and second polarizing prisms are orthogonal to the transmission planes of the third and fourth polarizing prisms. The output of a semitransparent mirror with a thin diffraction grating on the reverse side through the polarizer and the first fission semitransparent mirror is optically coupled to the input of the first photodetector. The output of the frequency-locked loop is connected to the controlled input of the piezoelectric element of the deaf reflector, and the output of the phase locked loop is connected to the controlled input of the phase modulator. The optical radiation of the first and second optical resonators of the traveling waves through a translucent mirror with a thin diffraction grating on the back side comes out of these resonators on mutually orthogonal linear polarizations. The output optical radiation after passing through the polarizer get the opportunity to form interference fields at the inputs of the photodetectors. Photodetectors are designed to detect changes in the interference field resulting from changes in the phase difference in the optical radiation of the resonators, which in turn occurs as a result of the GW action of the detected periodic low-frequency GW signal.
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 бегущих 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, известное устройство-прототип [3] имеет принципиальную возможность по обнаружению периодических низкочастных ГВ-сигналов от двойных релятивистских астрофизических объектов. The principle of operation of such a GW detector is that as a result of the GW action of a detected periodic low-frequency GW signal on the optical radiation of the first and second optical traveling-wave resonators, a phase incursion occurs in optical radiation according to the law through a change in their refractive indices along the optical propagation paths of radiation changes in 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 propagation paths of radiation and, consequently, to different phase incursions in these optical radiation. By the presence, magnitude and law of variation of the phase difference difference in the optical radiation of the resonators, the effect of the GW signal on the optical radiation of the resonators is judged, and therefore the presence (detection) of the detected GW signal. Thus, the known prototype device [3] has the fundamental possibility of detecting periodic low-frequency GW signals from double relativistic astrophysical objects.
Однако прототип имеет существенный недостаток - одноканальность по детектируемым ГВ-сигналам (т.е. возможность одновременного детектирования только одного источника ГИ). Кроме того, даже после обеспечения необходимого отношения сигнал/шум (например, длительного межпериодного накопления детектируемого ГВ- сигнала на фоне помех) исключена возможность работы в текущем масштабе времени. Это в свою очередь исключает возможность апертурного синтеза диаграммы направленности - отклика ГВ-детектора на воздействие ГВ-сигнала при движении Земли по орбите, необходимой для определения (отождествления) угловых координат ГИ. However, the prototype has a significant drawback - single-channel detection of GV signals (i.e., the ability to simultaneously detect only one source of GI). In addition, even after ensuring the necessary signal-to-noise ratio (for example, a long inter-period accumulation of the detected HV signal against the background of interference), the possibility of operating in the current time scale is excluded. This, in turn, excludes the possibility of aperture synthesis of the radiation pattern — the response of the GW detector to the action of the GW signal when the Earth moves in orbit, which is necessary to determine (identify) the angular coordinates of the GI.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке гравитационно-волнового детектора, обеспечивающего многоканальное одновременное детектирование (прием, обнаружение) ГВ-сигналов от многих источников ГИ в текущем масштабе времени. The problem to which the invention is directed is to develop a gravitational-wave detector that provides multichannel simultaneous detection (reception, detection) of GW signals from many sources of GI in the current time scale.
Сущность изобретения заключается в том, что в известный гравитационно-волновой детектор, содержащий активный элемент и рабочую среду в нем, первый, второй и третий глухие голограммные дифракционные отражатели, глухой отражатель с пьезоэлементом на его обратной стороне, полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне, фазовый модулятор, первую, вторую, третью и четвертую поляризационные призмы, поляризатор, первое полупрозрачное делительное зеркало, первый фотодетектор с блоком частотной автоподстройки на его выходе, второй фотодетектор с блоком фазовой автоподстройки на его выходе, третий фотодетектор, внутрипериодный гребенчатый фильтр накопления, первый коррелятор с первым умножителем на его выходе, второй коррелятор со вторым умножителем на его выходе, при этом первый, второй и третий глухие голограммные дифракционные отражатели, глухой отражатель с пьезоэлементом на обратной стороне, полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне размещены на вершинах правильного пятиугольника, а выход полупрозрачного зеркала с тонкой дифракционной решеткой на обратной стороне через поляризатор и первое делительное полупрозрачное зеркало оптически связан со входом первого фотодетектора, при этом выход блока частотной автоподстройки подключен к управляемому входу пьезоэлемента глухого отражателя, а выход блока фазовой автоподстройки подключен к управляемому входу фазового модулятора - для решения поставленной задачи - введены второе полупрозрачное делительное зеркало, схема вычитания, сумматор канала помехи, сумматор корреляционного автокомпенсатора сигнала, ключевая схема, имитатор сигнала-отклика, фазосдвигающая на π/2 цепь, схема выделения сигнала с пороговой схемой на ее выходе, причем выход первого полупрозрачного делительного зеркала через второе полупрозрачное делительное зеркало связан со входом второго и третьего фотодетекторов, а выход последнего параллельно подключен к одному из входов схемы вычитания непосредственно, а через сумматор канала помехи подключен ко второму входу схемы вычитания, выход которого соединен со входом внутрипериодного гребенчатого фильтра накопления, кроме того, выход третьего фотодетектора соединен с основным входом сумматора корреляционного автокомпенсатора сигнала, к вспомогательным входам которого подключены выходы первого и второго умножителей, выходы которых также подключены параллельно ко входам схемы выделения сигнала и ко входам ключевой схемы, выходы которой связаны со входами сумматора канала помехи, при этом управляемый вход ключевой схемы связан с выходом пороговой схемы, кроме того, выход имитатора сигнала-отклика со входом первого умножителя и с одним из выходов первого коррелятора соединен непосредственно, а к входу второго умножителя и к первому входу второго коррелятора подключен через фазосдвигающую на π/2 цепь, причем ко вторым входам первого и второго корреляторов подключен выход сумматора корреляционного автокомпенсатора сигнала. 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 deaf hologram diffraction reflectors, a deaf reflector with a piezoelectric element on its back side, a translucent mirror with a thin diffraction grating on it reverse side, phase modulator, first, second, third and fourth polarizing prisms, polarizer, first translucent dividing mirror, first photodetector with a frequency-locked loop and at its output, a second photodetector with a phase-locked loop at its output, a third photodetector, an inter-period comb accumulation filter, a first correlator with a first multiplier at its output, a second correlator with a second multiplier at its output, while the first, second, and third deaf hologram diffraction reflectors, a dull reflector with a piezoelectric element on the back side, a translucent mirror with a thin diffraction grating on the back side are placed on the vertices of a regular pentagon, and the output is translucent o mirrors with a thin diffraction grating on the back side through the polarizer and the first dividing translucent mirror are optically connected to the input of the first photodetector, while the output of the frequency-locked loop is connected to the controlled input of the piezoelectric element of the deaf reflector, and the output of the phase-locked loop is connected to the controlled input of the phase modulator - for the solution of the problem - a second translucent dividing mirror, a subtraction scheme, an adder of the interference channel, an adder of a correlation autocomp are introduced a signal carrier, a key circuit, a response signal simulator phase shifting to π / 2, a signal extraction circuit with a threshold circuit at its output, the output of the first translucent dividing mirror through the second translucent dividing mirror connected to the input of the second and third photodetectors, and the output of the last connected in parallel to one of the inputs of the subtraction circuit directly, and through the adder of the interference channel is connected to the second input of the subtraction circuit, the output of which is connected to the input of the intra-period comb filter In addition, the output of the third photodetector is connected to the main input of the adder of the correlation auto-compensator of the signal, to the auxiliary inputs of which the outputs of the first and second multipliers are connected, the outputs of which are also connected in parallel to the inputs of the signal extraction circuit and to the inputs of the key circuit, the outputs of which are connected to the inputs the adder of the interference channel, while the controlled input of the key circuit is connected to the output of the threshold circuit, in addition, the output of the response signal simulator with the input of the first multiplier and with one of the outputs of the first correlator is connected directly to the input of a second multiplier and to the first input of the second correlator is connected via a phase shift at π / 2 circuit, to the second inputs of said first and second correlators connected to the output signal of the adder correlation automatic compensator.
Введение новых элементов: второго полупрозрачного зеркала, схемы вычитания, сумматора, канала помехи, сумматора автокомпенсатора (АК) сигнала, ключевой схемы, имитатора сигнала отклика ГВ-детектора на воздействие ГВ-сигнала, фазосдвигающей на π/2 цепи, схемы выделения сигнала с пороговой схемой на его выходе, их взаимное расположение как по отношению друг к другу, так и по отношению к известным элементам устройства, оптические и электрические связи между ними и элементами известного устройства позволяют процесс фильтрации полезного сигнала вывести из резонаторов, что, в свою очередь, за счет возможности дублирования введенных новых элементов (с соответствующими оптическими и электрическими связями) по количеству детектируемых ГВ-сигналов позволит достичь решения поставленной задачи - обеспечение многоканального детектирования (приема, обнаружения) ГВ-сигналов от многих источников ГИ с требуемым отношением сигнал/шум. Introduction of new elements: a second translucent mirror, a subtraction circuit, an adder, an interference channel, an adder of an auto-compensator (AK) signal, a key circuit, a simulator of the response signal of a GV detector to the action of a GV signal, phase shifting to π / 2 circuits, a signal extraction circuit with a threshold the circuit at its output, their relative position both in relation to each other and in relation to known elements of the device, optical and electrical connections between them and elements of the known device allow the filtering process of the useful signal It is possible to deduce from the resonators that, in turn, due to the possibility of duplication of the introduced new elements (with the corresponding optical and electrical connections) in terms of the number of detected HV signals, it will be possible to achieve the solution of the problem posed — providing multi-channel detection (reception, detection) of HV signals from many GI sources with the required signal to noise ratio.
В отличие от известного технического решения-прототипа, где за счет введения в оптические пути одного из резонаторов корреляционной отрицательной обратной связи и корреляционной положительной обратной связи другого резонатора обеспечивается адаптивное межпериодное накопление ГВ-сигнала от одного источника ГИ, в заявляемом изобретении процесс фильтрации полезного сигнала выведен из резонаторов. Для этого на выходе третьего фотодетектора формируются канал "помеха+сигнал" и канал "помеха", из которого вычитается детектируемый ГВ-сигнал" Последний формируется в корреляторах вспомогательных квадратурных каналов - автокомпенсатора по корреляционной функции сигналов с выхода имитатора отклика ГВ-детектора на воздействие ГВ-сигнала и с выхода сумматора автокомпенсатора, на основной вход которого поступает сигнал с выхода третьего фотодетектора. Схема выделения сигнала с пороговой схемой на ее выходе, на входы которой поступают сигналы с выходов вспомогательных квадратурных каналов автокомпенсатора (параллельно входам сумматора канала помехи и сумматора автокомпенсатора) совместно с пороговой схемой формирует сигнал (по полезной составляющей) по критерию "да" - "нет" для управления ключевой схемой. При превышении заданного порога обнаружения с допустимой вероятностью правильного обнаружения и ложной тревоги выходным сигналом (монотонно возрастающая по мере увеличения времени усреднения в корреляторах) пороговой схемы через ключевую схему выходы вспомогательных каналов АК подключаются ко вторым входам сумматора канала помех. In contrast to the known technical solution of the prototype, where due to the introduction of the correlation negative feedback and the correlation positive feedback of another resonator into the optical paths of one resonator, adaptive inter-period accumulation of the GW signal from one GI source is provided, in the claimed invention the filtering process of the useful signal is derived from resonators. To this end, an “interference + signal” channel and an “interference” channel are formed at the output of the third photodetector, from which the detected GW signal is subtracted. "The latter is generated in the correlators of auxiliary quadrature channels — an auto-compensator for the signal correlation function from the output of the simulator of the response of the GV detector to the influence of GV -signal and from the output of the auto-compensator adder, the main input of which receives a signal from the output of the third photodetector. A signal allocation circuit with a threshold circuit at its output, to the inputs of which a signal The outputs from the auxiliary quadrature channels of the auto-compensator (parallel to the inputs of the adder of the interference channel and the auto-compensator adder) together with the threshold circuit generates a signal (according to the useful component) by the criterion "yes" - "no" to control the key circuit. If the specified detection threshold is exceeded with an acceptable probability correct detection and false alarm by the output signal (monotonously increasing with increasing averaging time in the correlators) of the threshold circuit through the key circuit, the auxiliary outputs AK channels connected to the second inputs of the combiner channel interference.
Это обеспечивает из сигнала, поступающего из третьего фотодетектора, в сумматоре канала "помеха" вычитание детектируемого ГВ-сигнала. Поэтому в схеме вычитания, объединяющего каналы "помеха+сигнал" и "помеха", происходит компенсация помехового сигнала. Как будет показано далее отношение сигнал/шум на выходе схемы вычитания будет равным примерно единице. Во внутрипериодном гребенчатом фильтре накопления, куда с выхода схемы вычитания поступает сигнал, в течение полупериода накопления последнего достигается требуемое отношение сигнал/шум в текущем масштабе времени. This provides the subtraction of the detected HV signal from the signal from the third photodetector in the adder of the "interference" channel. Therefore, in the subtraction scheme, combining the channels "interference + signal" and "interference", the interference signal is compensated. As will be shown below, the signal-to-noise ratio at the output of the subtraction circuit will be approximately unity. In the intra-period comb accumulation filter, where a signal is received from the output of the subtraction circuit, during the half-period of accumulation of the latter, the required signal-to-noise ratio in the current time scale is reached.
Оптико-функциональная схема заявляемого объекта представлена на чертеже, где обозначено: 1 - глухой отражатель с пьезоэлементом на его обратной стороне; 2 - активный элемент и рабочая среда в нем; 3 - полупрозрачное зеркало с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне; 4, 8, 11 - первый, второй и третий глухие голограммные дифракционные отражатели, соответственно; 5 - фазовый модулятор; 6, 7, 9, 10 - первая, вторая, третья и четвертая поляризационные призмы, соответственно; 13, 16, 19 - второй, первый и третий фотодетекторы, соответственно; 14 - поляризатор; 15, 18 - первое и второе полупрозрачные делительные зеркала, соответственно; 12, 17 - блоки фазовой и частотной автоподстройки, соответственно; 20 - внутрипериодный гребенчатый фильтр накопления; 21 - схема вычитания; 22, 32 - сумматоры канала помехи и корреляционного автокомпенсатора сигналов, соответственно; 23 - ключевая схема; 24 - пороговая схема; 25 - схема выделения сигнала; 26 - имитатор сигнала-отклика; 27, 30 - первый и второй умножители, соответственно; 28, 31 - первый и второй корреляторы, соответственно; 29 - фазосдвигающая цепь на π/2. The optical-functional diagram of the claimed object is presented in the drawing, where it is indicated: 1 - a blank reflector with a piezoelectric element on its reverse side; 2 - the active element and the working environment in it; 3 - translucent mirror with a thin diffraction grating on its reverse side; 4, 8, 11 - the first, second and third deaf hologram diffraction reflectors, respectively; 5 - phase modulator; 6, 7, 9, 10 - the first, second, third and fourth polarizing prisms, respectively; 13, 16, 19 - second, first and third photodetectors, respectively; 14 - polarizer; 15, 18 - the first and second translucent dividing mirrors, respectively; 12, 17 — phase and frequency auto-tuning blocks, respectively; 20 - intra-period comb accumulation filter; 21 is a subtraction scheme; 22, 32 - adders of the interference channel and the correlation signal self-equalizer, respectively; 23 is a key diagram; 24 is a threshold circuit; 25 is a signal allocation circuit; 26 - simulator response signal; 27, 30 - the first and second multipliers, respectively; 28, 31 - the first and second correlators, respectively; 29 - phase-shifting circuit on π / 2.
Глухой отражатель 1 с пьезоэлементом на его обратной стороне, полупрозрачное зеркало 3 с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне, первый 4, второй 8 и третий 11 глухие голограммные отражатели размещены в вершинах правильного пятиугольника. Активный элемент 2 с рабочей средой в нем, служащий для генерации лазерного излучения, расположен между глухим отражателем 1 и полупрозрачным зеркалом 3. Активный элемент 2, полупрозрачное зеркало 3, первый глухой отражатель 4, второй глухой отражатель 8, полупрозрачное зеркало 3, третий глухой отражатель 11, глухой отражатель 1, активный элемент 2 образуют первый оптический резонатор бегущих волн. Активный элемент 2, глухой отражатель 1, третий глухой отражатель 11, второй глухой отражатель 8, глухой отражатель 1, первый глухой отражатель 4, полупрозрачное зеркало 3, активный элемент 2 образуют второй резонатор бегущих волн. Элементы 1, 2, 3, 4, 8, 11 являются общими для первого и второго резонаторов. На пути оптического излучения первого резонатора между первым 4 и вторым 8 глухими отражателями последовательно расположены фазовый модулятор 5 и первая поляризационная призма 6, между вторым 8 глухим отражателем и полупрозрачным зеркалом 3 расположена вторая поляризационная призма 7, а между глухим отражателем 1 и вторым глухим отражателем 8, между вторым глухим отражателем 8 и третьим глухим отражателем 11 размещены третья 9 и четвертая 10 поляризационные призмы, соответственно. Выход полупрозрачного зеркала 3 с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне (оптический выход резонаторов) через поляризатор 14 и первое полупрозрачное зеркало 15 оптически связан со входом первого фотодетектора 16. Выход поляризатора 14 через первое делительное полупрозрачное зеркало 15, второе делительное зеркало 18 параллельно оптически связан также со входами второго 13 и третьего 19 фотодетекторов. Выход первого фотодетектора 16 через блок частотной автоподстройки 17 подключен к управляемому входу пьезоэлемента, закрепленного на обратной стороне глухого отражателя 1. Выход второго фотодетектора 13 через блок фазовой автоподстройки 12 подключен к управляемому входу фазового модулятора 5. Выход третьего фотодетектора 19 непосредственно и параллельно через сумматор канала помехи 22 соединен со входами схемы вычитания 21, выход которой соединен со входом внутрипериодного гребенчатого фильтра накопления 20 ГВ- сигналов. Выход третьего фотодетектора 19 параллельно соединен также и с основным входом сумматора 32 корреляционного автокомпенсатора. Выход имитатора сигнала-отклика 26 соединен параллельно со входом первого умножителя 27 и одним из входов первого коррелятора 28, а через фазосдвигающую на π/2 цепь 29 соединен параллельно со входом второго умножителя 30 и с одним из входов второго коррелятора 31. Вторые входы корреляторов 28 и 31 соединены с выходом сумматора 32. Выходы умножителей 27 и 30 параллельно соединены со вспомогательными входами сумматора автокомпенсатора 32, через ключевую схему 23 со вторыми входами сумматора канала помехи 22, а также объединены со входами схемы выделения сигнала 25 (схема вычисления корреляционного интеграла по [4]). Выход схемы выделения сигнала 25 через пороговую схему 24 соединен с управляемым входом ключевой схемы 23. Выходами устройства являются выход пороговой схемы 24 (по критерию "да" - "нет" - обнаружение сигнала) и выход гребенчатого фильтра накопления 20 (оценка параметров сигнала). A deaf reflector 1 with a piezoelectric element on its reverse side, a translucent mirror 3 with a thin diffraction grating on its reverse side, the first 4, second 8 and third 11 deaf hologram reflectors are located at the vertices of a regular pentagon. The active element 2 with a working medium in it, which serves to generate laser radiation, is located between the deaf reflector 1 and the translucent mirror 3. Active element 2, the translucent mirror 3, the first deaf reflector 4, the second deaf reflector 8, the translucent mirror 3, the third deaf reflector 11, a blank reflector 1, an active element 2 form a first traveling-wave optical resonator. The active element 2, the blank reflector 1, the third blank reflector 11, the second blank reflector 8, the blank reflector 1, the first blank reflector 4, the translucent mirror 3, the active element 2 form a second traveling wave resonator. Elements 1, 2, 3, 4, 8, 11 are common to the first and second resonators. On the path of the optical radiation of the first resonator between the first 4 and second 8 blank reflectors, a phase modulator 5 and a first polarizing prism 6 are arranged in series, between the second 8 blank reflector and a translucent mirror 3 there is a second polarizing prism 7, and between the blank reflector 1 and the second blank reflector 8 between the second blank reflector 8 and the third blank reflector 11 are placed the third 9 and fourth 10 polarizing prisms, respectively. The output of the translucent mirror 3 with a thin diffraction grating on its reverse side (optical output of the resonators) through the polarizer 14 and the first translucent mirror 15 is optically coupled to the input of the first photodetector 16. The output of the polarizer 14 is through the first fission translucent mirror 15, the second fission mirror 18 is optically coupled in parallel also with the inputs of the second 13 and third 19 photodetectors. The output of the first photodetector 16 through the frequency-locked loop 17 is connected to the controlled input of the piezoelectric element mounted on the back of the deaf reflector 1. The output of the second photodetector 13 through the phase locked loop 12 is connected to the controlled input of the phase modulator 5. The output of the third photodetector 19 is directly and parallel through the channel adder interference 22 is connected to the inputs of the subtraction circuit 21, the output of which is connected to the input of the intra-period comb filter of accumulation of 20 GV signals. The output of the third photodetector 19 is also connected in parallel with the main input of the adder 32 of the correlation auto-compensator. The output of the response signal simulator 26 is connected in parallel with the input of the first multiplier 27 and one of the inputs of the first correlator 28, and through the phase shifting circuit on π / 2, the circuit 29 is connected in parallel with the input of the second multiplier 30 and with one of the inputs of the second correlator 31. The second inputs of the correlators 28 and 31 are connected to the output of the adder 32. The outputs of the multipliers 27 and 30 are connected in parallel with the auxiliary inputs of the adder of the auto-compensator 32, through the key circuit 23 with the second inputs of the adder of the interference channel 22, and are also combined with the inputs of the allocation circuit with Ignal 25 (scheme for calculating the correlation integral according to [4]). The output of the signal extraction circuit 25 through the threshold circuit 24 is connected to the controlled input of the key circuit 23. The outputs of the device are the output of the threshold circuit 24 (by the criterion “yes” - “no” - signal detection) and the output of the comb filter accumulation 20 (estimation of signal parameters).
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Оптическое излучение с полным набором поляризаций, выходя из активного элемента 2, отражается от полупрозрачного зеркала 3 с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне, попадает на первый голограммный дифракционный отражатель 4, который разделяет оптическое излучение по поляризациям и часть его с ТМ поляризацией направляет под углом падения, равному углу отражения, через фазовый модулятор 5 и первую поляризационную призму 6 на второй голограммный дифракционный отражатель 8, который далее направляет его под углом, не равным углу отражения, через вторую поляризационную призму 7 к полупрозрачному зеркалу 3, после которого излучение с ТМ поляризацией попадает на третий голограммный дифракционный отражатель 11, который возвращает его под углом падения, не равному углу отражения, через глухой отражатель 1 в активную среду 2. Таким образом, оптическое излучение с ТМ поляризацией генерируется в первом резонаторе, образованном последовательно из элементов 2, 3, 4, 5, 6, 8, 7, 3, 11, 1. Другая часть излучения с ТЕ поляризацией, ортогональной ТМ поляризации, отражаясь от голограммного дифракционного отражателя 4 пол углом, не равным углу отражения, попадает на глухой отражатель 1, который направляет его через третью поляризационную призму 9 на второй голограммный отражатель 8, после которого излучение с ТЕ поляризацией направляется под углом падения, не равным углу отражения, через четвертую поляризационную призму 10 на третий голограммный отражатель 11, который отражает его под углом, равным углу падения, по направлению к глухому отражателю 1, после которого оптическое излучение с ТЕ поляризацией возвращается в активный элемент 2. Таким образом, оптическое излучение с ТЕ поляризацией генерируется во втором резонаторе, образованном последовательно из элементов 2, 3, 4, 1, 9, 8, 10, 11, 1. Поляризационные призмы 6, 7 и 9, 10 пропускают далее через себя только излучения, соответственно, с ТМ и ТЕ поляризациями, вычищая, таким образом, оптическое излучение в первом и втором резонаторах, соответственно, от излучения с неправильной поляризацией. При неравных частотах генерации в первом и втором резонаторах оптические излучения с ТЕ и ТМ поляризациями могут циркулировать в соответствующих резонаторах в обоих направлениях. При равных частотах генерации устойчивым является режим генерации, при котором излучения с ТЕ и ТМ поляризациями внутри активного элемента 2 распространяются навстречу друг другу (как показано стрелками на чертеже). Для вывода оптических излучений из резонаторов используется полупрозрачное зеркало 3 с тонкой дифракционной решеткой на его обратной стороне, которая обеспечивает совмещение оптических потоков с ТЕ и ТМ поляризациями. После прохождения поляризатора 14, у которого плоскость пропускания линейно поляризованного света составляет угол 45o с плоскостью оптических резонаторов, образуют интерференционное поле, которое посредством полупрозрачных делительных зеркал 15 и 18 попадает на фотодетекторы 16, 13 и 19. С фотодетектора 16 выходное напряжение поступает в блок частотной автоподстройки 17, который вырабатывает сигнал ошибки для пьезоэлемента, закрепленного на зеркале 1, и выравнивает частоты генерации в первом (ω1) и втором (ω2) резонаторах, т.е. приводит к установлению режима синхронизации излучений в резонаторах. Выходное напряжение с фотодетектора 13 поступает в блок фазовой автоподстройки 12, который вырабатывает сигнал ошибки для фазового модулятора 5, и обеспечивает стабилизацию разности фаз оптических излучений первого и второго резонаторов на уровне, превышающем полезный сигнал не менее чем на два порядка.Optical radiation with a full set of polarizations, coming out of the active element 2, is reflected from a translucent mirror 3 with a thin diffraction grating on its reverse side, hits the first hologram diffraction reflector 4, which separates the optical radiation by polarization and directs part of it with TM polarization at an angle incidence equal to the angle of reflection through the phase modulator 5 and the first polarizing prism 6 to the second hologram diffraction reflector 8, which then directs it at an angle not equal to the angle reflection through the second polarizing prism 7 to the translucent mirror 3, after which the radiation with TM polarization falls on the third hologram diffraction reflector 11, which returns it at an angle of incidence not equal to the angle of reflection, through the dull reflector 1 to the active medium 2. Thus, optical radiation with TM polarization is generated in the first resonator formed sequentially from elements 2, 3, 4, 5, 6, 8, 7, 3, 11, 1. Another part of the radiation with TE polarization orthogonal to the TM polarization, reflected from the hologram of the diffraction reflector 4, the floor with an angle not equal to the angle of reflection hits the blind reflector 1, which directs it through the third polarizing prism 9 to the second hologram reflector 8, after which the radiation with TE polarization is directed at an incidence angle not equal to the angle of reflection, through the fourth polarizing a prism 10 to the third hologram reflector 11, which reflects it at an angle equal to the angle of incidence, towards the blank reflector 1, after which optical radiation with TE polarization returns to active element 2. Thus, optical radiation with TE polarization is generated in the second resonator formed sequentially from elements 2, 3, 4, 1, 9, 8, 10, 11, 1. Polarization prisms 6, 7 and 9, 10 are passed further through radiation only, respectively, with TM and TE polarizations, thus cleaning out the optical radiation in the first and second resonators, respectively, from radiation with irregular polarization. At unequal lasing frequencies in the first and second resonators, optical radiation with TE and TM polarizations can circulate in the respective resonators in both directions. At equal generation frequencies, the generation mode is stable, in which radiation with TE and TM polarizations inside the active element 2 propagate towards each other (as shown by arrows in the drawing). To output optical radiation from the resonators, a translucent mirror 3 is used with a thin diffraction grating on its reverse side, which ensures the combination of optical fluxes with TE and TM polarizations. After passing through the polarizer 14, in which the plane of transmission of linearly polarized light is at an angle of 45 o with the plane of the optical resonators, an interference field is formed which, through the translucent dividing mirrors 15 and 18, is incident on the photodetectors 16, 13 and 19. From the photodetector 16, the output voltage is supplied to the unit auto-tuning 17, which generates an error signal for the piezoelectric element mounted on the mirror 1, and equalizes the generation frequency in the first (ω 1 ) and second (ω 2 ) resonators, i.e. leads to the establishment of a mode of synchronization of radiation in the resonators. The output voltage from the photodetector 13 enters the phase-locked loop 12, which generates an error signal for the phase modulator 5, and ensures stabilization of the phase difference of the optical radiation of the first and second resonators at a level exceeding the useful signal by at least two orders of magnitude.
В [3] показано, что сдвиги фаз Φ1(t) и Φ2(t) в оптических излучениях первого и второго резонаторов можно представить в виде
где Φ1g(t),Φ2g(t) - составляющие, обусловленные гравитационно-волновым воздействием детектируемого ГВ-сигнала на оптическое излучение первого и второго резонаторов через изменения их показателей преломления вдоль оптических путей (сигнал-отклик ГВ-детектора на ГВ-сигнал); Φ1gni(t),Φ2gni(t) - составляющие, обусловленные тем же видом воздействия - ГВ-сигналов от других мешающих периодических ГВ-источников; Φ1зnj(t),Φ2зnj(t) - составляющие, обусловленные всеми видами помеховых механических воздействий на отражатели 1, 3, 4, 8, 11 (вибрационные, сейсмические, акустические, тепловые); Φ1n(t),Φ2n(t) - составляющие, обусловленные техническими и естественными флуктуациями фазы в активной среде. При работе внутри зоны синхронизации (ω1= ω2) в результате ГВ-воздействия на оптические излучения первого и второго резонаторов возникает разность фаз встречных волн, равная
где - амплитуда модуляции фазы, откуда kГВД = 0,951 - коэффициент отклика (детектирования) ГВ-детектора на воздействие поля ГИ, обусловленный данной геометрической конфигурацией резонаторов (рассчитывается по методике, изложенной в [5]);
h,ωg,Φ0 - безразмерная амплитуда, частота и случайная начальная фаза детектируемого ГВ-сигнала;
Φ1= arctg(ωg/Δωз) - сдвиг фазы ГВ-сигнала в лазерной системе;
ω0 - частота оптического излучения;
Δωз - ширина полосы синхронизации (ширина зоны захвата).It was shown in [3] that the phase shifts Φ 1 (t) and Φ 2 (t) in the optical radiation of the first and second resonators can be represented as
where Φ 1g (t), Φ 2g (t) are the components due to the gravitational-wave action of the detected GV signal on the optical radiation of the first and second resonators through changes in their refractive indices along the optical paths (signal-response of the GV detector to the GV signal ); Φ 1gni (t), Φ 2gni (t) - components caused by the same type of influence - GW signals from other interfering periodic GW sources; Φ 1зnj (t), Φ 2зnj (t) - components caused by all types of interfering mechanical effects on the reflectors 1, 3, 4, 8, 11 (vibrational, seismic, acoustic, thermal); Φ 1n (t), Φ 2n (t) are the components due to technical and natural phase fluctuations in the active medium. When working inside the synchronization zone (ω 1 = ω 2 ) as a result of the GW action on the optical radiation of the first and second resonators, a phase difference of counterpropagating waves arises, equal to
Where - phase modulation amplitude, from where k GVD = 0.951 - response coefficient (detection) of the GV detector to the influence of the GI field, due to this geometric configuration of the resonators (calculated by the method described in [5]);
h, ω g , Φ 0 — dimensionless amplitude, frequency, and random initial phase of the detected GW signal;
Φ 1 = arctan (ω g / Δω h ) is the phase shift of the GW signal in the laser system;
ω 0 is the frequency of optical radiation;
Δω z - the width of the synchronization band (the width of the capture zone).
При полосе синхронизации, равной 1 Гц, h=10-22, ωg ≅ 1 мГц, ω0 = 1015 Гц, имеем ΔΦ12g = 10-7 рад.With a synchronization band equal to 1 Hz, h = 10 -22 , ω g ≅ 1 MHz, ω 0 = 10 15 Hz, we have ΔΦ 12g = 10 -7 rad.
После установления с помощью блока частотной автоподстройки 17 режима синхронизации излучений в резонаторах выходное напряжение фотодетектора 19 описывается выражением (для простоты ниже рассматриваются безразмерные напряжения)
V12(t)=V12g(t)+V12n(t), (4)
где - составляющая полезного сигнала (сигнала отклика ГВ-детектора), обусловленная разностью фаз Φ1g(t)-Φ2g(t) = ΔΦ12g(t) (см. формулы (1)-(3)); - составляющая, обусловленная суммой соответствующих разностей фаз от всех видов помех, указанных в (1) и (2). Здесь и далее предполагается (для простоты), что коэффициент передачи фотодетектора равен единице, и выходной сигнал его безразмерен.After the synchronization mode of the radiation in the resonators is established using the frequency auto-tuning unit 17, the output voltage of the photodetector 19 is described by the expression (dimensionless voltages are considered below)
V 12 (t) = V 12g (t) + V 12n (t), (4)
Where - component of the useful signal (response signal of the GW detector), due to the phase difference Φ 1g (t) -Φ 2g (t) = ΔΦ 12g (t) (see formulas (1) - (3)); - component due to the sum of the corresponding phase differences from all types of interference specified in (1) and (2). Hereinafter, it is assumed (for simplicity) that the transmission coefficient of the photodetector is unity, and its output signal is dimensionless.
Экспериментальные исследования показали [6], что при наличии в сигнале ошибки составляющей полезного сигнала система стабилизации разности фаз должна иметь порог стабилизации, превышающий не менее чем на два порядка величину разности фаз, обусловленную воздействием полезного сигнала, т.е. . Нарушение этого условия приводит либо к искажению , либо к его компенсации. Уровню на выходе фотодетектора 19 будет соответствовать . С выхода фотодетектора 19 аддитивная смесь детектируемого ГВ-сигнала V12g(t) и помехового сигнала V12n(t) поступает на основной вход сумматора 32. Поскольку начальная фаза Φ0 ГВ-сигнала априори неизвестна, то для исключения фактора неизвестности начальной фазы Φ0 автокомпенсатор содержит два вспомогательных квадратурных канала. С выхода имитатора 26 сигнал-отклик Vug(t) = Ucosωgt на частоте (Tg - период детектируемого ГВ-сигнала) с единичной амплитудой U после перемножения на коэффициент βk(t) в умножителе 27 поступает на вспомогательный вход сумматора 32. Этот же сигнал после сдвига в фазовращателе 29 на (т. е. квадратурная составляющая) и перемножения на квадратурный коэффициент β⊥k⊥(t) в умножителе 30 поступает на другой вспомогательный вход сумматора 32. Выходное напряжение VΣ(t) сумматора 32 равно [4]:
где βk(t) и β⊥k⊥(t) - напряжения регулирования (коэффициенты передач), формируемые в корреляторах 28 и 31, соответственно;
β ≫ 1, β⊥≫ 1 - коэффициенты усиления в цепи корреляционной отрицательной обратной связи;
черта сверху означает усреднение по времени на интервале MTg=MNΔt;
Δt - шаг отсчета (не менее, чем время корреляции фазового шума, определяющего величину V12n(t)), N - количество отсчетов за период Тg, М - число периодов.Experimental studies have shown [6] that, if there is a component of the useful signal in the error signal, the phase difference stabilization system should have a stabilization threshold exceeding by at least two orders of magnitude the phase difference due to the action of the useful signal, i.e. . Violation of this condition leads to either a distortion , or to his compensation. Level the output of the photodetector 19 will correspond . From the output of the photodetector 19, the additive mixture of the detected GV signal V 12g (t) and the interfering signal V 12n (t) is fed to the main input of the adder 32. Since the initial phase Φ 0 of the GV signal is a priori unknown, to exclude the unknown factor of the initial phase Φ 0 The auto-compensator contains two auxiliary quadrature channels. From the output of the simulator 26, the signal-response V ug (t) = Ucosω g t at a frequency (T g is the period of the detected HV signal) with a unit amplitude U after multiplying by the coefficient βk (t) in the multiplier 27 is supplied to the auxiliary input of the adder 32. The same signal after a shift in the phase shifter 29 by (ie, the quadrature component) and multiplication by the quadrature coefficient β ⊥ k ⊥ (t) in the multiplier 30 is fed to another auxiliary input of the adder 32. The output voltage V Σ (t) of the adder 32 is [4]:
where βk (t) and β ⊥ k ⊥ (t) are the regulation voltages (gear ratios) generated in the correlators 28 and 31, respectively;
β ≫ 1, β ⊥ ≫ 1 - gain in the correlation negative feedback circuit;
the bar above means time averaging over the interval MT g = MNΔt;
Δt is the sampling step (not less than the correlation time of the phase noise determining the value of V 12n (t)), N is the number of samples for the period T g , M is the number of periods.
Поскольку после работы блока фазовой автоподстройки 12 спектральная плотность амплитуды фазового шума не будет превышать уровня 10-4 рад/ в полосе частот от нуля до 10 Гц [7] (амплитуда широкополосной помехи V12n = ΔΦ12n ≈ 3•10-4 рад при уровне сигнала V12g=ΔΦ12g=10-7 рад), то в выражениях (3) и (4) при значениях сек, N=2,8927•105 для Tg=2,8927•103 (PSR 1537+1155 [8]) и М=900 имеем
где СКО - среднеквадратическое отклонение.Since after the operation of the phase locked loop 12, the spectral density of the phase noise amplitude will not exceed 10 -4 rad / in the frequency band from zero to 10 Hz [7] (the amplitude of the broadband interference V 12n = ΔΦ 12n ≈ 3 • 10 -4 rad at a signal level V 12g = ΔΦ 12g = 10 -7 rad), then in expressions (3) and ( 4) with values sec, N = 2.8927 • 10 5 for T g = 2.8927 • 10 3 (PSR 1537 + 1155 [8]) and M = 900 we have
where the standard deviation is the standard deviation.
Тогда выходное напряжение сумматора 32 будет равно
VΣ(t) = V12n(t)+Δn+Δc,
где Δn ≈ 4•10-8 и Δc - соответственно, составляющая сигналов помех, обусловленная конечным временем усреднения в корреляторах 28 и 31, и нескомпенсированные остатки полезного сигнала на выходе сумматора 32.Then the output voltage of the adder 32 will be equal to
V Σ (t) = V 12n (t) + Δ n + Δ c ,
where Δ n ≈ 4 • 10 -8 and Δ c are the component of the interference signals, due to the finite averaging time in the correlators 28 and 31, and the uncompensated residues of the useful signal at the output of the adder 32.
При этом коэффициент подавления γ коррелированных составляющих в выходном сигнале VΣ(t) сумматора 32 определяется коэффициентом корреляции ρ между ними и равен
Точное знание (не менее, чем до четвертого знака) периода Tg детектируемого ГВ-сигнала позволит имитировать сигнал-отклик ГВ-детектора на ГВ-сигнал с коэффициентом корреляции с детектируемым равным порядка ρ = 0,999 и более. Тогда γ = 500, а нескомпенсированный остаток на выходе сумматора канала помехи 22 будет составлять величину Δc≈ V12g(t)/γ = 10-7 рад/500 = 2•10-10 рад.Moreover, the suppression coefficient γ of the correlated components in the output signal V Σ (t) of the adder 32 is determined by the correlation coefficient ρ between them and is equal to
Accurate knowledge (at least up to the fourth digit) of the period T g of the detected GW signal will allow simulating the response signal of the GV detector to the GV signal with a correlation coefficient with a detectable one of the order of ρ = 0.999 or more. Then γ = 500, and the uncompensated balance at the output of the adder of the interference channel 22 will be Δ c ≈ V 12g (t) / γ = 10 -7 rad / 500 = 2 • 10 -10 rad.
Напряжения с выходов вспомогательных каналов автокомпенсатора (выходы умножителей 27 и 30), равные βk(t)Vug(t) и β⊥k⊥(t)V⊥ug(t) , соответственно, через ключевую схему 23 поступают также и на вторые входы сумматора канала помехи 22.The voltages from the outputs of the auxiliary channels of the auto-compensator (outputs of the multipliers 27 and 30) equal to βk (t) V ug (t) and β ⊥ k ⊥ (t) V ⊥ug (t), respectively, also pass through the key circuit 23 to the second interference channel adder inputs 22.
Напряжение VПК(t) на выходе сумматора 32 с учетом (4) определяется выражением
или с учетом (6)
Vnk(t) = V12П(t)+Δn+Δc.The voltage V PC (t) at the output of the adder 32 taking into account (4) is determined by the expression
or subject to (6)
V nk (t) = V 12P (t) + Δ n + Δ c .
Таким образом, на вход схемы вычитания 21 по каналу "помеха" поступает помеховая составляющая V12n(t) (на уровне 3•10-4 рад), помеховая составляющая, обусловленная конечным временем усреднения в корреляторах (на уровне 4•10-8 рад) и нескомпенсированные остатки полезного сигнала (на уровне 2•10-10 рад).Thus, the interference component V 12n (t) (at the level of 3 • 10 -4 rad), the interference component due to the finite averaging time in the correlators (at the level of 4 • 10 -8 rad ) and uncompensated residues of the useful signal (at the level of 2 • 10 -10 rad).
Напряжение VСВ(t) на выходе схемы вычитания 21 будет равным
VСВ(t) = V12(t)-Vnk(t) = V12g(t)-Δn-Δc.The voltage V CB (t) at the output of the subtraction circuit 21 will be equal
V CB (t) = V 12 (t) -V nk (t) = V 12g (t) -Δ n -Δ c .
Поскольку V12g(t)= 10-7 paд значительно больше Δc = 10-10 рад, то последним можно пренебречь, и тогда
VСВ(t) = V12g(t)-Δn,
что равносильно достижению отношения сигнал/шум qвых, равного qвх - отношению детектируемый ГВ-сигнал/(ГВ-сигнал от других источников) на входе ГВ-системы. Как уже отмечено в [3], отношение qвх не превышает единицы. Следовательно, на выходе схемы вычитания 21 отношение сигнал/шум установится на уровне, примерно равном единице. Далее сигнал с выхода схемы вычитания 21 с поступает на вход гребенчатого фильтра внутрипериодного накопления 20. Работа последнего обеспечивает через время, равное Tg/2, отношение сигнал/шум [5]
Поэтому для PSR 1537+1155, через время 900 Tg (время работы корреляторов 28 и 31) плюс Tg/2 (время внутриполупериодного накопления в 20) отношение сигнал/шум, равное ~ 1, на входе ГВ-системы возрастет на выходе 20 до величины ~ 50. При этом выходной сигнал Vвых(t) = V12g(t) в дальнейшем будет присутствовать в текущем масштабе времени.Since V 12g (t) = 10 -7 rad is much larger than Δ c = 10 -10 rad, the latter can be neglected, and then
V CB (t) = V 12g (t) -Δ n ,
which is equivalent to achieving a signal-to-noise ratio q out equal to q in - the ratio of the detected GV signal / (GV signal from other sources) at the input of the GV system. As already noted in [3], the ratio q in does not exceed unity. Therefore, at the output of the subtraction circuit 21, the signal-to-noise ratio is established at a level approximately equal to unity. Next, the signal from the output of the subtraction circuit 21 s arrives at the input of a comb filter of intra-period accumulation 20. The operation of the latter provides after a time equal to T g / 2, the signal-to-noise ratio [5]
Therefore, for PSR 1537 + 1155, after a time of 900 T g (operating time of correlators 28 and 31) plus T g / 2 (half-time accumulation time of 20), the signal-to-noise ratio equal to ~ 1 at the input of the GV-system will increase at output 20 to a value of ~ 50. In this case, the output signal V o (t) = V 12g (t) will continue to be present in the current time scale.
Выходные напряжения умножителей 27 и 30 z(t) = βk(t)Vug(t) и z⊥(t) = β⊥k⊥(t)V⊥ug(t) поступают также на входы схемы выделения сигнала 25, где вычисляется корреляционный интеграл [4]
Напряжение Z в пороговом устройстве 24 сравнивается с пороговым значением Z0, выставленным в соответствии с задаваемой вероятностью правильного обнаружения и ложной тревоги. При превышении порога Z0 на выходе блока 24 появляется сигнал (критерий "да"). Этот же сигнал открывает ключевую схему 23 и только в этом случае напряжения с выходов умножителей 27 и 30 поступают на вторые входы сумматора канала помехи 22.The output voltages of the multipliers 27 and 30 z (t) = βk (t) V ug (t) and z ⊥ (t) = β ⊥ k ⊥ (t) V ⊥ug (t) also go to the inputs of the signal isolation circuit 25, where calculates the correlation integral [4]
The voltage Z in the threshold device 24 is compared with a threshold value Z 0 set in accordance with a given probability of correct detection and false alarm. If the threshold Z 0 is exceeded, a signal appears at the output of block 24 (criterion "yes"). The same signal opens the key circuit 23 and only in this case, the voltages from the outputs of the multipliers 27 and 30 are supplied to the second inputs of the adder of the interference channel 22.
Часть заявляемого устройства, включаемого на выходе третьего фотодетектора 19, повторяется по числу детектируемых ГВ-сигналов, при этом различия в значениях Tg учитываются в гребенчатом фильтре накопления 20 и имитаторе сигнала-отклика 26. Этим и обеспечивается возможность многоканального приема.Part of the inventive device, included at the output of the third photodetector 19, is repeated according to the number of detected HV signals, and the differences in the values of T g are taken into account in the comb filter 20 and the simulator of the response signal 26. This allows multi-channel reception.
Таким образом, заявляемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что введенные в него элементы обеспечивают многоканальное детектирование по числу обнаруживаемых ГВ-сигналов и возможность с определенного момента времени детектировать ГВ-сигнал в текущем масштабе времени, что в свою очередь позволяет реализовать синтезированную антенну - ГВ-отклика при движении Земли по орбите. Thus, the claimed device compares favorably with the prototype in that the elements introduced into it provide multichannel detection by the number of detected GW signals and the ability to detect a GW signal at a current time scale from a certain point in time, which in turn allows you to implement a synthesized antenna - GW - response when the Earth moves in orbit.
Источники информации
1. Милюков В.К., Руденко В.Н.//Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР, серия Астрономия, 1991, т. 41, с. 147-193.Sources of information
1. Milyukov VK, Rudenko VN. // 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, N 5, с. 1122-1125. 2. Balakin A.B., Kisunko G.V., Murzakhanov Z.G., Rusyaev N.N. // DAN USSR, 1991, v. 316, No. 5, p. 1122-1125.
3. Kaiqorodov V.R., Murzakhanov Z.G. //Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol. 5, N1(17), pp. 58-66 (1999) (Прототип). 3. Kaiqorodov V.R., Murzakhanov Z.G. // Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol. 5, N1 (17), pp. 58-66 (1999) (Prototype).
4. Теоретические основы радиолокации. Под. ред. Ширмана Я.Д. - М.: Сов. радио, 1970. 4. Theoretical foundations of radar. Under. ed. Shirmana Y.D. - M .: Owls. radio, 1970.
5. Balakin А.В., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. //Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol.3, N1(9), pp. 71-81(1997). 5. Balakin A.V., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. // Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol. 3, N1 (9), pp. 71-81 (1997).
6. Балакин А. Б. , Кисунько Г.В., Мурзаханов З.Г., Скочилов А.Ф. и др. //Письма в ЖТФ, 1998, т. 24, N 22, с. 86-92. 6. Balakin A. B., Kisunko G. V., Murzakhanov Z. G., Skochilov A. F. et al. // Letters to the ZhTF, 1998, v. 24, No. 22, p. 86-92.
7. Balakin A.B., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. //Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol.5, N4 (20), 1999. 7. Balakin A.B., Murzakhanov Z.G., Skochilov A.F. // Gravitation & Cosmology, Moscow, Vol. 5, N4 (20), 1999.
8. G.H.Taylor, R.N.Manchester, A.G.Lyne.//Astrophysical Journal Supplement, 1993, v. 88, p. 529. 8. G.H. Taylor, R.N. Manchester, A.G. Lyne.//Astrophysical Journal Supplement, 1993, v. 88, p. 529.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000119006A RU2171483C1 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Gravitation-wave detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000119006A RU2171483C1 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Gravitation-wave detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2171483C1 true RU2171483C1 (en) | 2001-07-27 |
Family
ID=20237995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000119006A RU2171483C1 (en) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | Gravitation-wave detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2171483C1 (en) |
Cited By (14)
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 |
-
2000
- 2000-07-17 RU RU2000119006A patent/RU2171483C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
KAIGORODOV V.R., MURZAKHANOV Z.G. Gravitation & Cosmology. - Moscow, v. 5, № 1(17), p. 58 - 66 (1999). * |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7784343B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-31 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US8074515B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-12-13 | 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 |
US7942054B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-05-17 | 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 |
US7788974B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-09-07 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7714584B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-05-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7584544B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-08 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US8033170B2 (en) | 2006-11-20 | 2011-10-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562461B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7814790B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-10-19 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7596876B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-10-06 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7581327B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-01 | Technological Recources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7559149B2 (en) | 2006-11-22 | 2009-07-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7624635B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-01 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7849739B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-12-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7823449B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US7571547B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-08-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7637153B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-29 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7627954B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-08 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562460B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2171483C1 (en) | Gravitation-wave detector | |
US5748325A (en) | Gas detector for plural target zones | |
US11268806B2 (en) | Dynamical locking of optical path times using entangled photons | |
EP0730725A1 (en) | Reduction of optical noise | |
EP3812812B1 (en) | Integrated photonics mode splitter and converter | |
US5337056A (en) | Dynamically tunable notch filter | |
RU2156481C1 (en) | Gravitation-wave detector | |
EP0245026B1 (en) | Optical heterodyne mixers providing image-frequency rejection | |
US4825424A (en) | Sensing systems | |
EP0183502A2 (en) | Improvements relating to optical pulse generating arrangements | |
JP3109900B2 (en) | measuring device | |
US3503682A (en) | Optical mixing devices | |
US20220291381A1 (en) | Distance Measurement by Means of an Active Optical Sensor System | |
JP2537375B2 (en) | Lightwave rangefinder | |
RU2167397C2 (en) | Laser gyroscope | |
RU2439811C1 (en) | Acousto-optical receiver | |
RU2584185C1 (en) | Laser receiver | |
US4874223A (en) | Optical notch filter for discriminating against coherent radiation | |
CN112305550A (en) | Coherent detection device and method | |
US11768291B1 (en) | High dynamic range ranging interferometer | |
US3422273A (en) | Optical device | |
US11360221B2 (en) | Direct measurement of imbalanced optical paths using entangled photons | |
Newman et al. | Multichord, near infrared interferometers for the CTX and ZT‐40M experiments | |
RU2575766C1 (en) | Laser locator | |
RU2234808C1 (en) | Acoustooptical receiver |