低温レーザー干渉計CLIO(29)〜 LSPIの導入 (II)〜東大宇宙線研、産総研 A

斎藤陽紀、寺田聡一 A 、内山隆、三代木伸二、宮川治、大橋正健and CLIO Collaborators

1　日本物理学会 @岡山大学2010/03/22

1. 実験動機2. LSPI (Local Suspension Point Interferometer)

タンデム干渉計3. 実験装置、結果4. まとめと今後の課題

　日本物理学会 @岡山大学 22010/03/22

目次

1. 実験動機（ CLIO の課題）

3　日本物理学会 @岡山大学2010/03/22

CLIO でのローカルコントロール低温動作時にマグネットダンピングとしての効果が弱まる（ CLIO での経験から） 新しいダンピング装置が必要CLIO のタンクを改造することなく設置低温時の振り子の高さ調整に追従するような変位センサーが必要

damping stage

cryo baseupper mass

test mass

3-stage vibration isolation system

低温部

常温部CLIO 懸架系

Laser

Mirror

BS

BS

Mirror

PD

2. LSPI

4　日本物理学会 @岡山大学

タンデム干渉計マイケルソン干渉計を 2 つ直列につなげた干渉計 メリット干渉計のアライメント調整は常温部（第 1 干渉計）だけで行うことが可能BS 間の距離は光路長差に影響がない 振り子の上下移動に追従させたことによる光路長合わせの必要がない

L ３

L ４

Mirror

第 1 干渉計L １

L ２

2010/03/22

Mirror

第 2 干渉計

常温部

低温部

LSPI(Local Suspension Point Interferometer)タンデム干渉計型ローカルコントロール装置メイン鏡の懸架点で干渉計を構成し、その懸架点の揺れの検出を行い、感度を犯さないようにダンプするための装置

2. 偏光タンデム干渉計

5　日本物理学会 @岡山大学2010/03/22

HWP-PD 間で干渉が起こる

PD

Laser

Mirror

PBS

PBS

Mirror

Mirror

第 1 干渉計L １

L ２

L ３

L ４

QWP

QWP HWP

PBS

HWP

PD

偏光が π/2 ずれるため、各干渉計だけで干渉は起こらない HWP-PD 間で起こる

光の取り回しがしやすい最大効率を得るためには、干渉計 1 台につき 2 つ PDが必要

差動を取ることで信号取得第 2 干渉計

CCM

　日本物理学会 @岡山大学 62010/03/22

全体図

cryobase

uppermass

testmass

2nd Interferometer

PD

Laser

常温部

低温部

Laser

1st Interferometer

PD

2nd Interferometer

M1M2

M3

activemirror

PBS1PBS3

PBS2

HWP

QWP

QWP

CCM

M4

1st Interferometer

2. LSPI 概略図

干渉に影響を及ぼす変動

Yaw 運動を検出するため干渉計を 2 台設置し、各 CCM の変位を独立に検出

CLIO へのインストールまでの流れ原理検証実験CLIO へインストール (Per-arm End Cryostat)

実機のインストール（光学系など） Actuator 付 Mirror (Active Mirror) のみでフリンジロック

• 各 CCM の変位スペクトル測定 Coil-Magnet Actuator （振り子）、 Active Mirror でフリンジロック

• ローカルコントロール 性能評価

インストールの流れ

　日本物理学会 @岡山大学 7

前回の発表

2010/03/22

今回の発表

3. 実験装置

　日本物理学会 @岡山大学 82010/03/22

Laser

1st Interferometer

PD

M1

M2

M3

active mirror

PBS1

PBS3

2nd Interferometer

PBS2

CCM M4

常温部Laser 波長 633nm, Power 0.9mW2 本の Laser の高低差は 10mmCCM の中心の距離だけ離れている干渉計 1 台につき 1 つの PD で信号取得

低温部PBS, QWP, Mirror を 1 つの mass (reference

mass) に取り付け、斜め張りに吊るした Φ100μm のボルファーを 4 本吊り、長さ 938.5mm 常温部クランプ点間隔 90mm, 低温部クランプ点間隔 50mm

外乱が加わると振り子振動が止まらなくなるため、 reference mass にはマグネットダンピングをかけている 振動しないように、吊り方や reference mass を改良する必要がある

常温部

低温部

3. 実験装置

　日本物理学会 @岡山大学 92010/03/22

制御Error 信号を振り子と Active Mirror に feedback し、ミッドフリンジにロック1. 干渉計のエラー信号を並進と Yaw に分離2. それをさらに振り子と

Active Mirror (AM) のパスに分離3. それぞれの並進と Yawフィルターに通し、結合して feedback

cryobase

uppermass

CoilMagnet

Actuators

Mirror

Mirror

ActiveMirrors

Lasers

PDs

PBS

Yaw 用フィルター

信号混合

並進用フィルター

並進用フィルター

Yaw 用フィルター

信号混合

足し算信号（並進成分）引き算信号（ Yaw 成

分）

3. 実験結果

　日本物理学会 @岡山大学 102010/03/22

アクチュエーター効率測定0.48Hz の振り子振動を約 1/5 に低減 低い gain の方が抑制効果大1.27Hz の共振が消え、 0.77Hz に新たな共振を作った 長さ 42cm （ upper mass – test

mass 間のワイヤー長）の単振り子の共振周波数高周波は特性の変化なし 20Hz以上の CLIO 感度を犯していない可能性 20Hz で 1桁悪化

Frequency [Hz]

Act

uato

r Eff

icie

ncy

[m/V

]

3. 実験結果

　日本物理学会 @岡山大学 112010/03/22

生の feedback signal と差動を取った feedback signal で比較 生の変位を超えるピークが現れない現在見えている振動は並進運動

マグネットをはずしたときは Yaw にも揺れる（内山さんコメント）2 台の干渉計の feedback

signal の周波数応答を見ると、 1〜 2Hz 間で位相差が180° になる周波数がある

Yaw の振動はダンプされている可能性

まとめLSPI (Local Suspension Point Interferometer) とは cryo base の揺れを感度を犯さないように抑えるためのタンデム干渉計型ローカルコントロール装置LSPI を CLIO (Per-arm End Cryostat) にインストール タンデム干渉計 2 台をインストールし、干渉信号取得に成功2 台の干渉計を Active Mirror のみで同時ロックに成功 cryo base (CCM) の変位スペクトル測定

今後の課題振り子にも feedback し、 cryo base の振動を低減第 2 干渉計を吊るす reference mass の改良

4. まとめと今後の課題

　日本物理学会 @岡山大学 122010/03/22