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利用扭摆与紫外LED器件研究天琴计划的电荷管理

DOI：10.1088/1361-6382/ab8489 期刊：Classical and Quantum Gravity 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 天琴计划是中国提出的一个空间引力波观测站概念，由三颗无拖曳航天器环绕地球运行，用于探测毫赫兹频段的引力波。其作为干涉仪镜面的孤立测试质量体上不可避免地会积累电荷。针对GP-B、LISA、LISA探路者及天琴任务等空间引力实验中电荷诱发的噪声问题，研发了基于紫外（UV）光的电荷管理系统。相较于汞灯，紫外LED作为一种新型紫外光源具有体积更小、重量更轻、功耗更低且效率更高等优势。因此开展紫外LED与惯性传感器组合的地面测试至关重要。本文阐述了基于紫外LED的电荷管理系统的研制过程，展示了该系统在类天琴测试质量体扭摆装置中的应用，并评估了其电荷管理性能。实验结果表明：通过紫外光照可使孤立测试质量体带正电或负电，充放电速率均可达到10^5 e/s以上量级，且扭摆电荷谱测量显示其白噪声水平相当于～5×10^5 e/Hz^(1/2)，满足天琴计划要求。
作者： Fangchao Yang，Yanzheng Bai，Wei Hong，Honggang Li，Li Liu，Timothy J Sumner，Quanfeng Yang，Yujie Zhao，Zebing Zhou
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为研究天琴计划中利用紫外LED器件与扭秤进行电荷管理的方法，旨在降低空间引力实验中作用在测试质量上的电荷诱导噪声。

研究成果

基于紫外LED开发的电荷管理系统证明了在天琴任务中使用紫外LED进行电荷管理的可行性。该系统在1mA驱动电流下实现了约10^5 e/s的充放电速率，并以相当于约5×10^5 e/√Hz的噪声水平满足天琴任务的电荷要求。

研究不足

镀金测试质量块和电极的量子产率可能需要进一步测量，以研究其对充电性能的影响。此外，可以施加交流注入电压和驱动电压来模拟可能影响电荷性能的实际可变电场情况。

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