重力波検出器のニュートニアン雑音低減のための鉛直加速度計の開発

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将来の地上重力波検出器における、低周波雑音源である、ニュートニアン雑音を低減するため、加速度計アレイによって周辺の地面振動(鉛直成分が支配的となる)をモニターし、テストマスに加わる影響を算出して、主信号から差し引く手段が考案されている。本研究では、このために必要なサーボ型鉛直加速度計の研究開発を軸とする。なお、雑音除去効率の上限値などをシミュレーションによって求めた結果、この手法は雑音を劇的に改善するものでははないことが判明したが、地上重力波検出器の性能を極限まで引き出すために、このような技術を開発することには依然として意義がある。この手法では多数の加速度計を用いるため、地面振動を検出するための感度を有することに加えて、安価かつ取り扱いが容易な加速度計を開発することを目標とした。リファレンスマスは小型の非線形低周波バネ(miniMGAS)で懸架し、その位置検出には光ファイバーとLEDを用いたセンサーを利用する工夫によって、上記の用件を満たす加速度計を試作した。miniMGASでは、高さ1cm程度で、鉛直共振周波数900mHzを実現した。通常の線形バネでは約25cmの伸びに相当する。装置の性能を維持しつつコンパクト化することに成功した。一方、miniMGASの特性はバネの折り曲げ角に敏感であり、取り扱いのミスや、大地震などによってバネが変形した場合、加速度計の周波数特性が変化する可能性が明らかになった。装置の運用や安全機構を工夫することによって対処する必要がある。また、光変位センサーを組み込むことによって、加速度計が、脈動などの低周波地面振動を検出する能力を有することが確認できた。長期の安定性については、本研究の期間内には十分に調べることができなかったが、デジタルサーボを利用することによって、フィードバック部を安定化する工夫を行っている。