計画研究ク重力波天文台用高性能光源の開発

TAMA 第４回シンポジウム（２００５年２月１６日－１９日）＠大阪市立大学

計画研究ク重力波天文台用高性能光源の開発

東大新領域三尾典克


研究項目

100W Laser の開発干渉計光源用 100W 連続単一周波数発振レーザー

の実現基本構成の確立技術的な問題点の洗い出しとその解決法干渉計光源としての特性評価


研究方針

100W Laser 注入同期方式で実現する問題点

単一周波数発振で 100W が得られた事はない＝＞ 10W 程度の装置が実用化

複数の注入同期システムは複雑 => 単純化したい


注入同期

小出力の安定なレーザー（マスターレーザー）の光を使って大出力レーザーを単一周波数発振させる技術


TAMA レーザー

エンドポンプ方式リングレーザー：　 10W 出力


Advanced LIGO 用システム

出力 200W を目指す


LZH の現状（ 2004 年 2 月）

８７ W 出力の単一周波数発振

2 段階の注入同期


注入同期システム

マスターレザー：２ W NPRO 市販されているもの

スレーブレーザー： 100W リングレーザーレーザーモジュール：三菱電機で開発共振器と制御系の開発：東大


レーザーモジュール（三菱電機）

Two rods and rotator Diffusive reflector +LD


直線共振器のレーザー

レーザーモジュールの特性評価

Convex mirrors （ Curvature: 20cm)R=85 ％ Output couplerP =60 W and M2 =1.12


出力特性ー縦モード

Scanning Fabry-Perot 干渉計で測定

複数の縦モード発振を確認

モードの状態が時間的に変化


スレーブレーザー

リング共振器の構成ー 2 つのモジュール


発振出力特性

双方向発振で１２１ W を達成


注入同期実験

２ W の NPRO をマスターに注入同期

MasterSlave

Analysis


発振特性ー周波数

単一周波数発振を確認　 @ 101W

注入同期なし

注入同期あり単一周波数発振を実現


出力特性－パワー

2 時間程度同期を維持出力： 101 ± 0.7W

若干のドリフトが見られる

レーザー共振器の温度変化による


出力特性ー空間モード

M 2 測定＠ 85W ： M 2

x = 1.10 M 2

y = 1.13 TEM00 発振


出力特性ー強度雑音

出力の相対強度雑音直線共振器と同程度の雑音

NPRO に比べると約 100 倍大きい


まとめ

次世代干渉計に必要とされる 100W を超える出力を持つ単一周波数レーザーの開発に成功した。空間モードはほぼ理想的な TEM00 モードとなっている。強度雑音の評価によると、 NPRO の約 100 倍であった。LCGT設計に必要な基礎データが得られた。


LCGT の光源システム

要求出力： 150W

MasterLaser

FIEOMFIFI

EOM

Slave Laser

Amplifier

OSC

2W

100W150W １００ W 発振器＋増幅器の構成


今後の研究課題

大出力レーザーの周波数・強度制御の実験を行う必要がある。光制御に必要な素子の開発

光学結晶光検出器

制御法の研究励起 LD電流制御法による強度安定化（尾関：

ポスター）


励起 LD電流制御による安定化

電流引き込みによる高速制御


別の方式 : ファイバーアンプ

公募研究武者＠電通大

単一周波数出力： 10W

計画研究ク 重力波天文台用高性能光源の開発