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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究的目的是观察到光弹簧通过非线性光学效应增强，并验证重力波信号放大系统的原理。直到去年，使用光学参数放大的非线性光学效应进行了信号放大，但据揭示，由于产生光弹簧所需的强内腔强度，很难维持光学参数过程。因此，今年我们主要对光热和光酮效应进行了实验。光热效应是使用强光强度在信号放大系统中精确测量光弹簧常数的主要因素。具体而言，由于光热效应，光弹簧常数的实际部分被转换为假想部分，以及由光引起的摩擦力变化引起的恢复力。在光热效应实验中，通过建模光热效应的效果来开发一种基于测量光学振荡器灵敏度的新方法来估计光热参数的方法。此外，已经建立了一种方法，可以通过同时估计光热效应和照片弹簧常数来实质性地从测量结果中消除光热效应的影响。光学KERR效应是非线性光学效应之一，是一种现象，其中有效的折射率与光强度成正比。入射光强度越多，信号放大效果就越强，因此通过使用KERR效应，可以同时实现强内腔强度和信号扩增，这对于观察光弹簧是必不可少的。在实验上，通过在链中诱导二次非线性光学效应，实现了具有强增益的Kerr效应，并实现了谐振器中的信号扩增效应。光热效应的效果也通过强kerr效应扩大，但是根据使用固定镜的测量结果，消除了光热效应的效果。最后，我们成功地证实了由于KERR效应而导致的谐波内信号放大效果增强了光弹簧常数。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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
通讯作者：
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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”