高硬度光ばねを用いた次世代重力波検出器の実現

利用高硬度光学弹簧实现下一代引力波探测器

• 批准号: 20J22778
• 负责人: 小田部 荘達
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22778/
• 关键词: 重力波検出器; 重力波; 光共振器; パラメトリック増幅; 量子雑音; 光ばね

本研究の目的は、非線形光学効果により光ばねが強化されることを観測し、重力波信号増幅システムの原理検証を行うことである。昨年度までは光パラメトリック増幅という非線形光学効果を用いて信号増幅を行っていたが、光ばねの生成に必要となる強い共振器内強度のために光パラメトリック過程の維持が困難であることが明らかになった。そこで、本年度は主に光熱効果と光Kerr効果に関する実験を実施した。光熱効果は強い光強度を用いる信号増幅システムにおいて光ばね定数の精密な測定を妨げる主な要因である。具体的には、光熱効果により光ばね定数の実部が虚部へと変換され、光による復元力が光による摩擦力へと変化する。光熱効果実験では、光熱効果の与える影響をモデリングすることで、オプトメカ振動子の感受率測定に基づく光熱パラメータの新たな推定法を開発した。また、光熱効果と光ばね定数を同時に推定することにより、測定結果から光熱効果の影響を実質的に除去する手法も確立した。光Kerr効果は非線形光学効果の1つで、光強度に比例して実効的な屈折率が変化する現象である。入射光強度を強めるほど信号増幅効果も強くなるので、Kerr効果を用いることで光ばねの観測に必要な強い共振器内強度と信号増幅を両立することが可能である。実験的には、二次の非線形光学効果を連鎖的に引き起こすことで強いゲインを持つKerr効果を実現し、共振器内信号増幅効果を実装した。強いKerr効果により光熱効果の影響も増幅されたが、固定鏡を用いた測定に基づき光熱効果の影響を除去した。最終的に、Kerr効果による共振器内信号増幅効果により、光ばね定数が強化されることを確認することに成功した。

Purpose this study の は, nonlinear optical unseen fruit に よ り light ば ね が strengthening さ れ る こ と を 観 し, rights of gravitational wave signal シ ス テ ム の principle 検 line card を う こ と で あ る. Yesterday's annual ま で は light パ ラ メ ト リ ッ ク rights of と い う nonlinear optical unseen fruit を with い raised line of を っ て signal て い た が, light ば ね の generated に necessary と な る strong い intensity within the resonator の た め に light パ ラ メ ト リ ッ の ク process difficulty maintaining が で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. Youdaoplaceholder0 する で で, the <s:1> main に photothermal effect of this year と photokerr effect に related する experimental を has achieved a た effect. Strong sunlight unseen fruit は を use い い optical intensity る signal of rights シ ス テ ム に お い て light ば ね destiny の precision な determination を hinder げ る な Lord will で あ る. Specific に は, sunlight unseen fruit に よ り light ば ね destiny の be department が imaginary part へ と variations in さ れ, light に よ る recovery force が light に よ る friction へ と variations change す る. Hot working fruit be 験 で は, solar-thermal unseen fruit の and え る influence を モ デ リ ン グ す る こ と で, オ プ ト メ カ vibrator の susceptibility determination に base づ く solar-thermal パ ラ メ ー タ の new た な estimate を open 発 し た. ま た, sunlight unseen light fruit と ば ね destiny を presumption and に す る こ と に よ り, determination results か ら solar-thermal unseen fruit の influence を be qualitative に remove す る gimmick も establish し た. The effect of light Kerr, the effect of non-linear optics, <s:1> 1 で で, the ratio of light intensity に, the <s:1> refractive index が variation of the actual effect, and the する phenomenon である. Incident light intensity is strong を め る ほ ど く strong signal rights of unseen fruit も な る の で, Kerr unseen fruit を with い る こ と で light ば ね の 観 に necessary measuring strong な い と signal intensity within the resonator rights of を struck made す る こ と が may で あ る. Be the 験 に は, secondary の nonlinear optical unseen fruit を chain of に lead き こ す こ と で strong い ゲ イ ン を hold つ Kerr unseen fruit を be し now, rights of working within the resonator signal fruit を be loaded し た. Strong い Kerr unseen fruit に よ り solar-thermal unseen fruit の affects も raised さ れ た が, fixed lens を い た determination に base づ き solar-thermal unseen fruit の influence を remove し た. Final に, Kerr unseen fruit に よ る resonator rights sharper picture signals on fruit に よ り, light ば ね destiny が strengthening さ れ る こ と を confirm す る こ と に successful し た.

项目成果

Improving force sensitivity by amplitude measurements of light reflected from a detuned optomechanical cavity

• DOI: 10.1103/physreva.104.l031501
• 发表时间: 2021-05
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: K. Komori;T. Kawasaki;S. Otabe;Y. Enomoto;Y. Michimura;M. Ando

Photothermal and nonlinear optical effects in the signal amplification system

信号放大系统中的光热和非线性光学效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Sotatsu Otabe;Kentaro Komori;Ken-ichi Harada;Kaido Suzuki;Yuta Michimura and Kentaro Somiya
• 通讯作者: Yuta Michimura and Kentaro Somiya

Development of the signal amplification system with a stiff optical spring

刚性光学弹簧信号放大系统的开发

• 发表时间: 2020
• 作者: Sotatsu Otabe;Ken-Ichi harada;Kentaro Somiya
• 通讯作者: Kentaro Somiya

Photothermal effect in a Fabry-Perot cavity

法布里-珀罗腔中的光热效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Sotatsu Otabe;Kentaro Komori;Ken-ichi Harada;Kaido Suzuki;Yuta Michimura and Kentaro Somiya
• 通讯作者: Yuta Michimura and Kentaro Somiya

“次世代重力波検出器に向けた非線形光学効果を用いた信号増幅システムの開発VII”

“利用非线性光学效应开发下一代引力波探测器的信号放大系统VII”

• 发表时间: 2021
• 作者: 小田部 荘達;原田 健一;鈴木海堂;宗宮 健太郎
• 通讯作者: 宗宮 健太郎