原子干涉引力波探测器中空间与脉冲效率的约束
当前基于差分光脉冲原子干涉仪的引力波与暗物质探测地面装置,其规划与建设主要围绕三大灵敏度提升策略展开:(i)采用多钻石构型实现谐振模式增强,(ii)运用大动量转移技术增加干涉仪内臂间距,(iii)通过超长基线方案扩大两套干涉仪间距。谐振增强与大动量转移技术均会导致光脉冲数量增加,这使得原子-光相互作用期间的高脉冲保真度变得至关重要。同时,垂直构型中钻石数量的增加会导致原子喷泉高度上升,进而缩减可用干涉仪间距。因此,钻石数量、大动量转移脉冲数及喷泉高度成为需要精细平衡的互锁参数。该工作提出了多钻石几何构型的优化方案,明确考虑了单套干涉仪的空间延展度,并综合了基线尺寸约束与脉冲缺陷所致原子损耗的影响。研究人员给出了估算最优脉冲数的实用解析关系式。超出示范实验范畴的多数提案所需的脉冲数,现有最先进动量转移技术尚无法实现对应效率要求。由此导致的观测灵敏度未达预期——这种效应同时源于臂间距缩减与单脉冲原子损耗——凸显了提升脉冲保真度研究工作的紧迫性。
