宇宙中传来的神秘嘈声

穿越 13 亿光年的惊人成就

2015 年 9 月 14 日凌晨 4 点,在人类历史上首次探测到引力波。它来自 13 亿光年外的两个黑洞,这两个黑洞在猛烈碰撞后释放出引力波能量,这一能量是宇宙中所有星球能量总和的十倍以上。

这一发现是当今时代最著名的科学(和精密检测技术)发现之一,在全球范围内引起了巨大反响,多个科学杂志、大众媒体和深夜谈话节目都纷纷予以报道。

在全球最重要的物理期刊之一《物理评论快报》宣布这一发现后,这个事件引发媒体报道数量远远超过《物理评论快报》以往发表过的其它任何文章所产生的媒体关注度。《纽约时报》称,这“注定会成为科学界最伟大的声音之一,其重要意义不亚于亚历山大·格雷厄姆·贝尔在电话中说的‘沃森先生,快来’”。

是什么支撑了这一革命性事件?是 LIGO(激光干涉引力波观测站)的精密工程,以及 Analog Devices 的创新技术。


聆听宇宙之声

LIGO 拥有两台联合运作的设备,一台在华盛顿的汉福德,另一台在路易斯安那州的利文斯顿。由于引力波不会在电磁波谱上留下线索,无法被看到,因此 LIGO 主要目标是“聆听”宇宙的声音,获得引力波存在的证据。

每台 LIGO 设备会在超高真空腔中发出激光,并将激光一分为二,然后将两束激光分别发送到相互垂直的两个 2.5 英里长的激光臂。激光束随后被激光臂尽头的镜子反射回来。

当引力波经过时,这一区域的时空会发生改变,导致两个激光臂之间产生细小的相对运动,这个细微的变化近似于一个质子直径的万分之一。这会改变射入到接收光学系统的返回光的相对相位,将光释放到光学传感器,从而形成可测量的信号或嘈声。


LIGO 使用的 Analog Devices 高性能产品

LIGO 采用了 Analog Devices 的大量集成技术。这些技术无一不体现出我们对精密技术的承诺,满足当下对精密指标的要求,并推动未来精密工程领域的创新及关键应用的实现。

除了预测和补偿所有其他可能的环境噪声源,LIGO 还要求他们的激光振幅必须保持在超稳定状态,振幅变化在约 100 赫兹载波位移下不得高于 2x10-9。

激光不可能直接做到这些,LIGO 团队需使用+反馈系统来测量光输出并控制振幅。这需要具有特定性能的超低噪声放大器。LIGO 的科学小组为选择最佳解决方案而进行了广泛审核,最终,他们选择了 Analog Devices 的 AD797 运算放大器。

为稳定激光频率,LIGO 团队使用 Analog Devices 的 AD590 高精度温度传感器来测量容纳激光的玻璃真空室的平均温度。

虽然激光的原始输出是标准的,但它会在激光臂的谐振腔内快速增加到数千瓦。这产生的力量足以在玻璃镜子中形成声共振,因此,LIGO 使用 ADA4700 的高压运算放大器来驱动静电激励器,静电激励器会主动使镜子减幅并保持一致。

另一个 ADI 器件 AD736 RMS 芯片用于测量输送到螺线管的能量,螺线管用于驱动 LIGO 的镜悬挂系统,并完成任何需要的倾斜、俯仰和偏航。


超越一切可能(超越爱因斯坦的预言)

100 年前,阿尔伯特·爱因斯坦提出宇宙中存在引力波。但是,他的这一假设是通过数学运算得出的,他认为,探测到引力波几乎不可能,因为引力波极为微小。

实际上,一台无比精确的仪器能够成功达到这一目标;这台仪器必须非常精确,打个比方说,在地球上所有沙滩的所有沙子中,如果有一粒沙子发生移动,LIGO 就能探测到。

Analog Devices 非常自豪其技术为 LIGO 所用。



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