“太极计划”是由中国科学院提出的空间引力波探测方案，计划利用三颗卫星组成臂长300万公里的激光干涉仪，探测频率范围为0.1mHz到1Hz频段的引力波信号。这要求干涉仪具备皮米级的测距精度，对环境控制、仪器性能和噪声分析提出了前所未有的挑战。继2019年“太极一号”干涉仪成功在轨验证后，力学研究所引力波实验中心团队针对“太极计划”对超高精度激光干涉测量的需求，首次设计并实现了适用于“太极计划”的全功能光粘干涉仪光学平台，并完成了系统的地面性能测试和噪声评估，为“太极二号”引力波探测的干涉仪工程化铺平了道路。

为满足百万公里级臂长和皮米级测量精度的实际需求，研究团队首先明确了干涉仪模型需要具备的各项功能及对应的指标要求，并据此设计了一套全功能干涉仪光学平台。平台创造性采用“正反分离”的三维布局，有效隔离了热源对光路的影响，显著提升了系统在空间环境中的热稳定性。同时，该设计兼容与望远镜、惯性传感器的垂直光束连接，功能完整性高。

依托力学所怀柔园区的皮米精度激光干涉平台，研究团队对该干涉仪光学平台进行了全面的稳定性测试和噪声评估。针对噪声源，团队发展了一套数据后处理抑制方法。应用该方法后，干涉仪灵敏度曲线在0.01Hz和0.1Hz频点处分别可以达到8pm/Hz^1/2和5pm/Hz^1/2，将目标频段的系统稳定性提高了一个数量级。该性能已满足“太极二号”空间引力波探测任务对干涉仪系统的指标要求。

该研究是“太极计划”干涉仪系统由原理样机向工程样机转换的重要里程碑。它不仅验证了全功能光粘干涉仪光学平台的技术可行性，还为后续“太极计划”更高精度的噪声消减工作提供了理论依据与数据支撑。

相关研究成果以“Recent Development of the Laser Interferometer for Taiji Space Gravitational Wave Detection”为题发表于美国科学促进会与中国科协合作的国际顶级期刊Research（IF：10.3）杂志。论文第一作者为力学所刘河山副研究员、王娟博士后，通讯作者为力学所罗子人研究员、长春光机所沙巍研究员。该工作得到了科技部国家重点研发计划项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.34133/research.1252

图1 全功能干涉仪光学平台的正反面照片

图2  干涉仪的光路设计

图3  干涉仪噪声抑制效果