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摘要
空间引力波探测频段位于0.1 mHz-1 Hz范围内，在此频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施，其中在干涉仪的激光光源系统中，需要抑制激光强度噪声及频率噪声等，光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件，其性能将直接影响激光噪声抑制效果。本文通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统基础上，采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计；在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制；结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试，并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz-1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明，所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz-1 Hz的频率范围内在3.6×10~(-5) V/Hz~(1/2)以下，小于空间引力波探测对激光光源噪声要求；进一步当入射光功率为400 μW时，测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz-1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上；激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10~(-2 )V/Hz~(1/2)，实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征，为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。
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单位山西大学; 量子光学与光量子器件国家重点实验室
