精度最高的探測(cè)儀器LIGO，你了解多少？

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，近日，一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析高新激光干涉儀引力波天文臺(tái)(Advanced LIGO)觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了迄今最大的黑洞合并事件和另外三起黑洞合并事件產(chǎn)生的引力波。最大黑洞合并成了一個(gè)約為太陽(yáng)80倍大小的新黑洞，也是迄今距離地球最遠(yuǎn)的黑洞合并。

近期，由澳大利亞國(guó)立大學(xué)（ANU）廣義相對(duì)論和數(shù)據(jù)分析小組負(fù)責(zé)人蘇珊·斯科特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)探測(cè)到，迄今最大黑洞合并事件發(fā)生在2017年7月29日，發(fā)生地距我們約90億光年。斯科特說(shuō)：“此外，在所有觀察到的黑洞合并中，此次的黑洞旋轉(zhuǎn)速度最快，距離地球也最遠(yuǎn)?！绷硗馊鸷诙春喜⑹录l(fā)生于2017年8月9日至23日期間，與地球的距離為30億至60億光年，產(chǎn)生黑洞的大小為太陽(yáng)的56倍至66倍。

研究人員計(jì)劃不斷改進(jìn)引力波探測(cè)器，以便能在更遙遠(yuǎn)的深空中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)災(zāi)難性事件。其實(shí)，自2017年8月第二次觀測(cè)運(yùn)行結(jié)束以來(lái)，科學(xué)家們一直在升級(jí)LIGO和歐洲的“處女座”（Virgo）引力波探測(cè)器，使其更加靈敏。斯科特說(shuō)：“這意味著從明年初開(kāi)始的第三次觀測(cè)運(yùn)行中，我們將能探測(cè)到更遙遠(yuǎn)太空中發(fā)生的事件，發(fā)現(xiàn)來(lái)自宇宙中新的未知來(lái)源的引力波?！?/p>

精度最高的探測(cè)儀器LIGO，你了解多少？

LIGO，Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，中文意思是激光干涉引力波觀測(cè)站。LIGO 系統(tǒng)擁有兩臺(tái)聯(lián)合運(yùn)作的設(shè)備，一臺(tái)在華盛頓的漢福德，另一臺(tái)在路易斯安那州的利文斯頓。由于引力波不會(huì)在電磁波譜上留下線索，無(wú)法被看到，因此 LIGO 主要目標(biāo)是“聆聽(tīng)”宇宙的聲音，獲得引力波存在的證據(jù)。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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每臺(tái) LIGO 設(shè)備會(huì)在超高真空腔中發(fā)出激光，并將激光一分為二，然后將兩束激光分別發(fā)送到相互垂直的兩個(gè) 2.5 英里長(zhǎng)的激光臂。激光束隨后被激光臂盡頭的鏡子反射回來(lái)。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)時(shí)，這一區(qū)域的時(shí)空會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致兩個(gè)激光臂之間產(chǎn)生細(xì)小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)細(xì)微的變化近似于一個(gè)質(zhì)子直徑的萬(wàn)分之一。這會(huì)改變射入到接收光學(xué)系統(tǒng)的返回光的相對(duì)相位，將光釋放到光學(xué)傳感器，從而形成可測(cè)量的信號(hào)或嘈聲。

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LIGO的這套設(shè)備堪稱是人類史最精密的儀器。舉個(gè)例子，把地球上所有沙灘的所有沙子聚集在一起用LIGO測(cè)量，如果有一粒沙子發(fā)生移動(dòng)，LIGO都能探測(cè)的到。這就是 LIGO，它已達(dá)到了這樣不可思議的精確，所以當(dāng)它直接探測(cè)到引力波時(shí)，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

LIGO，ADI inside

Scott Wurcer，ADI 精密放大器領(lǐng)域的設(shè)計(jì)專家，他設(shè)計(jì)的芯片被用于各行各業(yè)的精密產(chǎn)品中。Wucer 曾說(shuō)，他最引以為豪的客戶產(chǎn)品是一個(gè)科研項(xiàng)目—— LIGO。

LIGO 采用了ADI 的大量集成技術(shù)。這些技術(shù)無(wú)一不體現(xiàn)出 ADI 對(duì)精密技術(shù)的承諾——滿足當(dāng)下對(duì)精密指標(biāo)的要求，并推動(dòng)未來(lái)精密工程領(lǐng)域的創(chuàng)新及關(guān)鍵應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

除了預(yù)測(cè)和補(bǔ)償所有其他可能的環(huán)境噪聲源，LIGO 還要求他們的激光振幅必須保持在超穩(wěn)定狀態(tài)，振幅變化在約100赫茲載波位移下不得高于2x10-9。激光不可能直接做到這些，LIGO 團(tuán)隊(duì)需使用+反饋系統(tǒng)來(lái)測(cè)量光輸出并控制振幅。這需要具有特定性能的超低噪聲放大器。LIGO 的科學(xué)小組為選擇最佳解決方案而進(jìn)行了廣泛審核，最終，他們選擇了 ADI 的 AD797 運(yùn)算放大器。

為穩(wěn)定激光頻率，LIGO 團(tuán)隊(duì)使用 ADI 的 AD590 高精度溫度傳感器來(lái)測(cè)量容納激光的玻璃真空室的平均溫度。

雖然激光的原始輸出是標(biāo)準(zhǔn)的，但它會(huì)在激光臂的諧振腔內(nèi)快速增加到數(shù)千瓦。這產(chǎn)生的力量足以在玻璃鏡子中形成聲共振，因此，LIGO 使用 ADA4700 高壓運(yùn)算放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)靜電激勵(lì)器，靜電激勵(lì)器會(huì)主動(dòng)使鏡子減幅并保持一致。

另一個(gè) ADI 器件 AD736 RMS-DC轉(zhuǎn)換器用于測(cè)量輸送到螺線管的能量，螺線管用于驅(qū)動(dòng) LIGO 的鏡懸掛系統(tǒng)，并完成任何需要的傾斜、俯仰和偏航。