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引力波：
引力波（gravitational waves）也稱(chēng)重力波，引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時(shí)空波動(dòng)，是時(shí)空曲率的擾動(dòng)以行進(jìn)波的形式向外傳遞的一種方式。如同電荷被加速時(shí)會(huì )發(fā)出電磁輻射，同樣有質(zhì)量的物體被加速時(shí)就會(huì )發(fā)出引力輻射，這是廣義相對論的一項重要預言。
引力波與流體力學(xué)中的重力波很相似，當液體表面或內部液團由于密度差異離開(kāi)原來(lái)位置，在重力和浮力的綜合作用下，液團會(huì )處于上下振動(dòng)以達到平衡的狀態(tài)，即產(chǎn)生波動(dòng)。
引力波則是由于空間質(zhì)量和速度的變化導致空間產(chǎn)生的波動(dòng)。
 引力波形成示意圖 |  水波 |
引力波的發(fā)現：
美國科研人員利用激光干涉引力波天文臺(LIGO)于去年9月探測到引力波。LIGO在2016年2月11日宣布“探測到引力波的存在”，該引力波是由兩個(gè)黑洞于約13億年前碰撞、結合所傳送出的擾動(dòng)，于2015年9月14日抵達地球，被LIGO的精密儀器偵測到。引力波的存在，證實(shí)了愛(ài)因斯坦100年前所做的預測，愛(ài)因斯坦廣義相對論實(shí)驗驗證中 后一塊缺失的“拼圖”被*。
引力波的探測：
引力波是橫波，在遠源處為平面波；有兩個(gè)獨立的偏振態(tài)；攜帶能量等。引力波攜帶能量，應可被探測到 ，但引力波的強度很弱，而且，物質(zhì)對引力波的吸收效率低，直接探測引力波為困難。我們在地球上可觀(guān)測到的 強引力波來(lái)自很遠且古老的事件，在這事件中大量的能量發(fā)生劇烈移動(dòng)（例子包括兩顆中子星的對撞，或兩個(gè)重的黑洞對撞）。這樣的波動(dòng)會(huì )造成地球上各處相對距離的變動(dòng)，但這些變動(dòng)的數量級應該非常非常小，以L(fǎng)IGO引力波偵測器的雙臂而言，這樣的變化小于一顆質(zhì)子直徑的千分之一，即10-19米左右。
 激光干涉引力波天文臺（LIGO） |  引力波探測示意圖 |
1991年，麻省理工學(xué)院與加州理工學(xué)院在美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF）的資助下，開(kāi)始聯(lián)合建設“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）。
LIGO的主要部分是兩個(gè)互相垂直的干涉臂，臂長(cháng)均為4000米。在兩臂交會(huì )處，從激光光源發(fā)出的光束被一分為二，分別進(jìn)入互相垂直并保持超真空狀態(tài)的兩空心圓柱體內，然后被終端的鏡面反射回原出發(fā)點(diǎn)，并在那里發(fā)生干涉。若有引力波通過(guò)，便會(huì )引起時(shí)空變形，一臂的長(cháng)度會(huì )略為變長(cháng)而另一臂的長(cháng)度則略為縮短，這樣就會(huì )造成光程差發(fā)生變化，因此激光干涉條紋就會(huì )發(fā)生相應的變化。其原理圖如下所示：
 LIGO航拍圖 |  引力波探測光路圖 |  引力波探測原理視頻（英文原版） |
事實(shí)上，LIGO的引力波探測裝置是采用邁克爾遜干涉儀的原理制成。
為了探測超級輕微的擾動(dòng)，邁克爾遜干涉儀的雙臂越長(cháng)越好， LIGO的雙臂 終被設計為4千米長(cháng)。事實(shí)上，4千米長(cháng)的光程還不夠，所以L(fǎng)IGO在雙臂上又增加了法布里－珀羅干涉腔，獲得了等效于1120千米長(cháng)的光程。
 邁克爾遜干涉儀原理圖 |  在邁克爾遜干涉儀基礎上， 4千米長(cháng)的雙臂中增加法-珀干涉腔的光路圖。 |
此外，還有一個(gè)問(wèn)題，雖然等效光程達到1120千米，若想直接探測到引力波，激光器的功率理論上需要達到75萬(wàn)瓦（750 kW），為了解決此問(wèn)題，LIGO在激光器和分束器之間增加了一個(gè)“功率再循環(huán)鏡片”（"Power recycling mirrors"），成功地將激光器功率降低了3750倍，所以實(shí)際上，LIGO的激光器輸出功率僅為200W。
此外，LIGO要求對擾動(dòng)其敏感，以至于幾千里內任何稍大的振動(dòng)，都可能把引力波的信號淹沒(méi)。所以L(fǎng)IGO采用了雙重減震系統：“主動(dòng)”減震系統和“被動(dòng)”減震系統。
“主動(dòng)”減震系統是由內部振動(dòng)隔離（Internal Seismic Isolation ，簡(jiǎn)稱(chēng)ISI）系統構成，其原理是：探測周?chē)孛嫠蓄l率的振動(dòng)，然后主動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)反向振動(dòng)，將其抵消，保留引力波引起的振動(dòng)。
 增加了“功率再循環(huán)鏡片”的光路圖 |  LIGO的“主動(dòng)”減震系統（ISI系統）照片 |
“被動(dòng)”隔震系統是通過(guò)4級鐘擺機構（LIGO稱(chēng)其為“quad”）將鏡片懸吊起來(lái)的復雜系統組成。
整個(gè)quad機構分兩側， “主鏈”側（ “Main Chain” side）面向激光束，“反作用鏈”側（"Reaction Chain" side）用于進(jìn)一步消除外界擾動(dòng)，保證 終只剩下引力波引起的振動(dòng)。
 LIGO的“被動(dòng)”減震系統（quad機構）示意圖 |  Quad照片（局部） |
此外，LIGO還具有非常強大的真空系統，腔體內的真空度為海平面氣壓的一萬(wàn)億分之一。如此高真空，主要兩個(gè)原因：
1.消除空氣分子傳熱和流動(dòng)：鏡片可能會(huì )受熱傳遞影響而變形。另外，如果腔內空氣分子太多，可能會(huì )產(chǎn)生氣流，光線(xiàn)穿過(guò)氣流時(shí)將發(fā)生折射現象，導致光線(xiàn)偏離
直線(xiàn)，就像公路上形成的熱浪。
2.消除任何灰塵進(jìn)入激光腔，造成雜射光的可能。
 LIGO的激光和真空設備區 |  LIGO的真空管路 |
意義：
引力波的發(fā)現意義重大，從科學(xué)意義上看，引力波可以直接與宇宙大爆炸連接。廣義相對論中預言的引力波也可以產(chǎn)生于宇宙大爆炸中，這就是說(shuō)大爆炸之初的引力波在137億年后的今天仍然可以探測到。一旦發(fā)現了宇宙大爆炸時(shí)期的引力波，就可以揭開(kāi)宇宙的各種謎團，甚至了解宇宙的開(kāi)端和運行機制。
引力波的發(fā)現是充分應用光機產(chǎn)品的結果：
“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）在探測和發(fā)現引力波的裝置中，大量采用光機類(lèi)產(chǎn)品及其設計原理，比如：
1.隔振技術(shù)：
由于外界的微振動(dòng)直接影響精密儀器設備（如引力波的探測設備）的測量精度。因此，在光學(xué)、電子、精密機械制造、冶金、航天、航空、航海、精密化工和無(wú)損檢測等領(lǐng)域以及其他機械行 業(yè)的精密試驗儀器、設備振動(dòng)隔離的關(guān)鍵裝置中，其隔振性能的好壞直接影響試驗結果的準確性和可靠性。
近年來(lái)，卓立漢光也一直關(guān)注并努力改善光學(xué)平臺的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，并致力于光學(xué)平臺隔振性能的研究。卓立漢光生產(chǎn)、銷(xiāo)售的光學(xué)平臺是通過(guò)隔振技術(shù)的不斷改進(jìn)完善并經(jīng)過(guò)包括科研單位及各大院校的實(shí)驗、演示、創(chuàng )新開(kāi)發(fā)出來(lái)的高科技產(chǎn)品。
 卓立漢光光學(xué)平臺 |
從2015年起，卓立漢光生產(chǎn)的光學(xué)平臺，全面采用整體焊接支架，結構更穩定、隔振效果更好。
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2.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗裝置
LIGO探測引力波裝置的說(shuō)明已經(jīng)提到，該裝置的光學(xué)原理雛形是基于邁克爾遜干涉儀，卓立漢光可提供邁克爾遜干涉儀實(shí)驗裝置套件，相關(guān)產(chǎn)品如下：
原理圖：
 邁克爾遜干涉儀原理圖（光路圖） |
套件照片：
 邁克爾遜干涉儀實(shí)驗裝置照片 |
實(shí)驗裝置組成：
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另外，卓立漢光還提供各種精密位移產(chǎn)品、光學(xué)調整架、光學(xué)元件等產(chǎn)品，為您拓展類(lèi)似的光學(xué)系統或搭建各類(lèi)光學(xué)實(shí)驗提供豐富的選擇。
 卓立漢光光學(xué)調整架 |  卓立漢光光學(xué)元件 |
 卓立漢光電動(dòng)位移臺 |  卓立漢光手動(dòng)位移臺 |
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