お茶大理、国立天文台 /caltech 、東大理、京大人環

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重重重重重重重重11/02 2007@重重 1 おおおお おおおおお おおおお おおおおお /Caltech /Caltech おおおお おおおお 、、 おおおお おおおお 、、 重重重重重重重重重重重重重重重重重重 重重重重重重重重重重重重重重重重重重 重重重重重重重重重重重重重 重重重重重重重重重重重重重 おおおお おおおお おおおお お ,一, おおおお お ,一, Volker Leonhardt Volker Leonhardt おおおお ,, おおおお ,, おおおお おおお おおおおお おおおお ,西, おおおお おおお おおおおお おおおお ,西,

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次世代重力波検出器のための帯域可変型 干渉計のための制御法の実験. 川添史子 ,佐藤修一, Volker Leonhardt ,宮川治, 森岡友子,西澤篤志, 川村静児,菅本晶夫. お茶大理、国立天文台 /Caltech 、東大理、京大人環. モチベーション. 次世代の重力波検出器には、感度を上げるため RSE 干渉計が用いられる予定 Adv.LIGO…Detuned RSE LCGT…Tuned RSE 自由度の制御が欠かせない LCGT の制御法の開発 Adv.LIGO(detuned) のバックアップにも プロトタイプ干渉計をもちいた制御法の 動作確認実験. - PowerPoint PPT Presentation

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 1お茶大理、国立天文台お茶大理、国立天文台 /Caltech/Caltech 、東大理、京大人環、東大理、京大人環

次世代重力波検出器のための帯域可変型次世代重力波検出器のための帯域可変型干渉計のための制御法の実験干渉計のための制御法の実験

川添史子川添史子,佐藤修一,,佐藤修一, Volker LeonhardtVolker Leonhardt ,宮川治,,宮川治,森岡友子,西澤篤志, 川村静児,菅本晶夫森岡友子,西澤篤志, 川村静児,菅本晶夫

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 2

モチベーション• 次世代の重力波検出器には、感度を上げるため RSE

干渉計が用いられる予定– Adv.LIGO…Detuned RSE

– LCGT…Tuned RSE

• 自由度の制御が欠かせない– LCGT の制御法の開発

– Adv.LIGO(detuned) のバックアップにも

• プロトタイプ干渉計をもちいた制御法の動作確認実験

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RSE の制御法

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Ly

Lxlaser

•L+ = (Lx + Ly) / 2

•L- = (Lx - Ly) / 2 Ly

Lx

•l+ = (lx + ly) / 2

•l- = (lx - ly) / 2

lx

ly

•ls = (lsx + lsy) / 2

lsx

lsy

Fabry-Perot 共振器

BS

PRM

SEM

Fabry-Perot 共振器

5 つの自由度

自由度が増えて非常に複雑な制御になる

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 5

制御法のコンセプト•Fabry-Perot 共振器—キャリアと位相変調サイドバンドとのビート•RSE 中心部の3つ --- 位相変調、強度変調サイドバンドとのビート

•Fabry-Perot 制御信号は高フィネス分おおきい

•中心部にキャリアをもちいないためFPと中心部の分離ができる

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中心部の制御の工夫

マクロなアシンメトリーによりマイケルソン部をAMはすべて反射、PMはすべて透過

PRCでは強度変調サイドバンドが共振PRC+SECでは位相変調サイドバンドが共振マイケルソンでのAMとPMの対照的なふるまい 制御信号のカップリングの最小化

強度変調(AM)サイドバンド: 2δl = nλ   (n = 1,2,3…)

位相変調( PM )サイドバンド: 2δl = (2m+1)/2λ (m= 0,1,2…)

--- マイケルソン部のアシンメトリー

PRM,SEMの長さは

往復分

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制御信号のマトリックス

11 8.0 e-6 -2.6 e-2 6.2 e-4 1.3 e-2 8.0 e-6 -2.6 e-2 6.2 e-4 1.3 e-2

-1.5 e-1 -1.2 e-2 1.1 -2.2 e-2 1

-1.0 e-4 7.6 e-2 1.4 e-3 1 1.1 e-5

-4.9 e-2 -1.1 e-4 1 -8.6 e-3 -5.3 e-1

-2.2e-8 1 1.4 e-8 1.3 e-2 2.0 e-8

Fabry-Perot の制御信号は他より大きい .

混ざってはいるが線形独立 .

理論値 (DC)With プロトタイプのパラメーター

L+ L- l+ l- ls

BP

DP

BP(DD)

DP(DD)

PO(DD)

この6つは小さい(DD)

(* )

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マトリックス(5,1)成分

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 4000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

caA1

FPの共振のピーク

強度変調サイドバンド

•プロトタイプの腕の長さのデザイン時に60cmほど短くできれば(5,1)成分は100分の1くらい小さくできたが、スペース的に困難

制御法による問題ではない

周波数

共振器内パワー

(A.U

.

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プロトタイプ RSE 実験

3rd チェーンバー内

天文台三鷹キャンパス in 2005

RSE のロックに成功 in 2007

ETMiITMp

mm lens

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PM :17.25MHzAM :103.5MHz

~90mW

∞ 6.0m

安定な共振器5.7m

FP フィネス:~ 100

(ロックデモに特化したデザイン)4.34m

レイアウト& パラメーター

Laser

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インプットテーブルの写真

LASER

EOM(AM)

EOM(PM)¼ λ

PBS

TRp PD

MZ PD

l+ PD

L- PDOSA

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検出ポートの写真

To OSA

l- PD

L- PD

Tri PD

DP monitor

¼ λPBS

ls PD

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ダンピングマグネット

胴のマス

エディー・カレント・ダンピング

2重サスペンションシステム

2重ループ

1重ループ

30cm

Q ピッチ :3

Q ヨー :7

サスペンション

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テストマス

アクチュエーター用磁石 x4

アクチュエーター用コイル x4

電流

サスペンションシステムDC アラインメント

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LASER

BP

DP

State1: l- lockedState2: l- & l+ lockedState3: l-, l+, & ls lockedState4:RSE locked

  AM  PM

Lock of the tuned RSE: Lock state

State0: Nothing is locked

s

LL

LL

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-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 400

5

10

15

time[s]

DC

at

DP

- 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

1234

time[s]

DC

at

BP

- 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 400

5

10

time[s]

PR

C g

ain

- 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 4002468

time[s]

DC

at

Tri

- 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 4002468

time[s]

DC

at

Trp

0: 制御なし状態 1: l- locked 2 : l-, l+ locked 3: l-, l+, ls (central part) locked   4:RSE locked (longest ~15min. disturbed by human activity)

0 0&1 2 3 4

10sec

DP

BP

PR

Cgai

n

FP

iF

Pp

Pow

er

(AU

Pow

er

(AU

Time(sec)

state

T uned RSE のロック各検出ポートでの DC パワーl- locked

l+ locked ls locked L+ & L- locked

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 17

-100 -50 0 50 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

freqnency[MHz]

Pow

er[

arb.]

-100 -50 0 50 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

freqnency[MHz]-100 -50 0 50 100

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

freqnency[MHz]

-100 -50 0 50 1000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

freqnency[MHz]

Pow

er[

arb.]

-100 -50 0 50 1000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

freqnency[MHz]-100 -50 0 50 100

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

freqnency[MHz]

  PM

  AM

PO

DP

PM

スペアナ at PO, and DP

AM

0&1 2 3

( 1: l-   2: l-, l+   3: central part )

T uned RSE のロック :ロックの確認

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 18

L+ L- l+ l- ls

1 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-21 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-2

-6.5 e-1 3.3 e-1 9.2 e-1 -3.6 1

4.6 e-2 -1.6 e-1 1.6 e-1 1 6.2 e-2

-2.8 e-1 -7.1 e-2 1 -3.6 e-1 -1.5 e-1

4.5e-2 1 1.3 e-2 -8.3 e-2 9.7 e-3

BP

DP

BP(DD)

DP(DD)

PO(DD)

信号マトリックスの測定(プレリミナリー)

•デモジュレーションフェーズ ・・・取りたい信号を最大にするように合わせる•ソース : 3.3kHz << キャビティーポール(200kHz)

L+ L- l+ l- ls

更なるディスカッションのためには質の高いロックが必要。

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重力波研究交流会11/02 2007@本郷 19

信号マトリックスの測定例

A-H-- D-

F-g-

A+H++ D+

F+g+

H-+

Vin-

Vout- Vout+

DHAV

V

in

out

DHAV

V

in

out

* ソースに用いる周波数は UG周波数よりすっと大きい

L+ L- l+ l- ls

1 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-21 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-2

-6.5 e-1 3.3 e-1 9.2 e-1 -3.6 1

4.6 e-2 -1.6 e-1 1.6 e-1 1 6.2 e-2

-2.8 e-1 -7.1 e-2 1 -3.6 e-1 -1.5 e-1

4.5e-2 1 1.3 e-2 -8.3 e-2 9.7 e-3

BP

DP

BP(DD)

DP(DD)

PO(DD)

L+ L- l+ l- ls

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アクチュエーター効率の合わせ方

laser

BP

DP

レーザー周波数を振ることでアクチュエーター効率に依存することなく同相に振る

ETMを同相に振り、BP,DPにそれぞれ出てくる信号比を保つようにETMの効率 を合わせる

BP,DPに出てくる信号の比を測定

Vb

Vd

G

G

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T uned RSE 干渉計の制御の確認実験に成功した。    

結果とこれから

•FP 共振器は L+, and L-.

•中心部の3種は ダブル mod-demod.

新しく開発された制御法を用いてのLCGTでのロック・アクイジションのめどがたった。

これから :•信号マトリックスの更なるディスカッション ( 更なる対角化 , delocation scheme の可能性 , ロック後、検出器としてのショット・ノイズパフォーマンス )•よりよい質(夜間)のロックを用いての信号マトリックスの測定 .

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Delocation scheme

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Diagnolized signal matrix