帯域可変型干渉計開発の現状 ( 計画研究カ )

帯域可変型干渉計開発の現状( 計画研究カ )

第４回 TAMA シンポジウム　＠大阪市立大学

２００５年２月１７日

川村静児

国立天文台

研究項目（１） 天文台の４ｍプロトタイプ実験　⇒ K. Somiya, et al., “Development of a frequency-detune

d interferometer”, accepted by Appl. Opt. 天文台の偏光型干渉計実験　⇒ P. Beyersdorf, et al., “A prototype power-recycled RSE i

nterferometer using polarization detection”, accepted by Appl. Opt.

帯域可変型干渉計の量子雑音　⇒ K. Somiya, “Photodetection method using unbalanced

sidebands for squeezed quantum noise in a gravitational wave interferometer”, Phys. Rev. D 67, 122001 (2003)

研究項目（２） 量子雑音の低減実験　⇒阪田紫帆理（ポスター） 信号取得法の最適化　⇒宗宮健太郎、川添史子、苔山圭以子（ポスター） Caltech ４０ｍプロトタイプ実験（共同

研究）　⇒本トーク

40m 干渉計 ＠ Caltech Advanced LIGO ( 及び LCGT 、その他）

のための帯域可変型干渉計のプロトタイプ 目標

シグナル取得方式の確立ロック・アクイジション方法の確立その他

世界のプロジェクトとの協力（ビジター：TAMA ， GEO ， VIRGO ， ACIGA ）

“ ほとんど”ロックした！

帯域可変型干渉計 パワー・リサイクルド・ファブリペロー・マイケルソン干渉計にシグ

ナル・エクストラクション・ミラー（ SEM) を追加 SEM により重力波信号を腕共振器内でキャンセルする前に抜き出す SEM をディチューンすることにより狭帯域で高感度化（ LCGT はデ

ィチューンしない）

SEM

パワーリサイクルド・ファブリペロー・マイケルソン干渉計

レーザー

重力波信号

キャリアー

RSE 干渉計の５つの自由度

レーザー

ETMy

ETMx

ITMy

ITMxBS

PRM

SEM

lx

ly

lsx

lsy

Lx

Ly

L=( Lx Ly)/2L= Lx Ly

l=( lx ly)/2l= lx lyls=( lsx lsy)/2

腕キャビティー同相：腕キャビティー差動：パ ワ ー ・ リ サ イ ク リ ン グ ・ キ ャ ビ テ ィ ー

（ PRC ）長：マイケルソン差動：シグナル・エクストラクション・キャビティー

（ SEC ）長：

信号取得法２つの位相変調（ f1=33 MHz and f2=166 MHz ）

腕の信号（ L+, L- ）はシングル・デモジュレーション（ SDM ）で取得

中心部の信号（ l+, l- , ls ）はダブル・デモジュレーション（ DDM ）で取得（キャリアーの影響を避けるため）

+f1-f1 +f2-f2

キャリアー腕の長さ信号

中心部の長さ信号

ITMx

ITMy

BS

PRM

SRM

f2U

f1U

CAf1L

f2L

信号取得マトリックスPort 復調＊ L L l l l s

SP f1 1 -3.8E-9

-1.2E-3

-1.3E-6

-2.3E-6

AP f2 -4.8E-9

1 1.2E-8 1.3E-3 -1.7E-8

SP f1 f2 -1.7E-3

-3.0E-4

1 -3.2E-2

-1.0E-1

AP f1 f2 -6.2E-4

1.5E-3 7.5E-1 1 7.1E-2

PO f1 f2 3.6E-3 2.7E-3 4.6E-1 -2.3E-2

1レーザー

ETMy

ETMx

ITMy

ITMxBS

PRM

SEM

SPAP

PO

（ PO はセットアップの簡便さのためここに設置）

ロック・アクイジションの方針２．アームのロック

１．中心部のロック（アームの自由度によって乱されない

こと） ETMy

ETMxITMy

ITMxBSPRM

SEM

ITMy

ITMxBSPRM

SEM

（例）ステップ２ステップ１ステップ３

ステップ１：自由度１をロック（残りの２つの自由度によって乱されないこと）

ステップ２：自由度２をロック（残りの１つの自由度によって乱されないこと）

ステップ３：自由度３をロック

DDM ＠ SP による l+ エラー信号

ls と l- が最終的な動作点にいるときはきれいな信号だが・・・。

DDM ＠ SP による l+ エラー信号

ls と l- が最終的な動作点からずれると乱されてしまう。

⇒ 　ロックがキープできない！

マイケルソン機械変調復調（ディザー）信号

マ イ ケ ル ソ ン・ディザー信号

LPF LPF LPF LPF

(VPO)’ (VAP)’VPO VAP

~1.2 kHz

1

レ ー ザー

ITMy

ITMxBS

PRM

SEM

PO

AP

2PO

POAPPOAP )'()'(

V

VVVV VAP/VPO の l-に関する微分信号

ディザーによる l- 信号

l+ には全く依存しない！

中心部のロックに成功！０．アームをブロック

１．機械変調復調法により l- をロック

２． SDM ＠ＳＰにより l+ をロック

３． DDM ＠ＳＰにより ls をロック

４． l- と l+ のロックを DDM に切り替える

ロックの様子（１）

Carrier

33MHz

Unbalanced166MHz

Belongs tonext carrier

Belongs tonext carrier

ITMy

ITMxBS

PRM

SRM

OSA DDM PD

DDM PD

DDM PD

ロックの様子（２） アラインメントが取れていれば DDM で

直接ロックする アクイジションに要する時間：～ 10 秒 最長ロック時間： 2.5 時間 中心部の制御ゲインやリミッターの最適

化によりアームを開けても中心部のロックは数秒持つ

腕のロック

DC Lock point

Resonant Lock

offsetpower dTransmitte

1

DC ロック：

を用いて片腕ずつロック

ロックの様子 両腕とも DC

ロック可能 オフセット付

PO 復調ロックに移行可能

オフセットをとるとロックが落ちる

Xarm lockYarm lock

Arm power

Error signal

Ideal lockpoint

Offset lockOffset lock

まとめと今後の予定完全ロックまでもう一息ロック後は各種キャラクタリゼーション、

アウトプットモードクリーナ、 DC リードアウトなどを行なう