ＬＣＧＴにおける光共振器の輻射圧不安定性とその制御に関する研究

LCGT光腔辐射压力不稳定性及其控制研究

• 批准号: 13J10386
• 负责人: 道村 唯太
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J10386/
• 关键词: 重力波; レーザー干渉計; 精密計測; 光共振器; 干渉計シミュレーション; ショットノイズ; 多自由度制御; 光学浮上; 量子計測

大型低温重力波望遠鏡KAGRA(旧名LCGT)は、3 kmの基線長を持つ、直交する2つの光共振器の長さの差を測定することで重力波をとらえる検出器となっている。光共振器を構成する鏡は自由質点でなければならないため懸架されており、2つの鏡間の距離変動はレーザー光を往復させることで測定する。光子数の量子揺らぎに起因する散射雑音を抑えるために、往復するレーザー光の強度は最大400 kWにもおよぶ。しかし、大きな光輻射圧によって、鏡の傾きに対して角度不安定性が自発的に生じてしまうという問題があった。そこで、共振器を構成する鏡の姿勢制御方法をレーザー干渉計のシミュレーションとテーブルトップ実験による実証で確立しなければならない。昨年度は、干渉計と制御系のシミュレーションにより、鏡の姿勢制御に関わる原理的な雑音である散射雑音の評価を行った。その結果、ほぼ要求値を満たす制御方法を見出すことができ、その方法では干渉計の重力波に対する感度を15 Hz 以上の周波数帯域では悪化させないことを示した。今年度は原理的な雑音以外の雑音を干渉計シミュレーションに加え、より実際的な雑音評価を進めると共に、算出した要求値に基づいて、関係するKAGRA構成部品の設計を進めた。また、テーブルトップ実験に用いる微小鏡の製作を完了させ、その支持方法の詳細検討や真空槽の整備を行った。原理的な雑音以外の雑音としては、鏡の傾きによって生じた光軸ずれを検出する四分割光検出器の振動による雑音や、光共振器に入射するビームのジッター、鏡の姿勢を制御するためのアクチュエータからの雑音などが挙げられる。それぞれの評価を行い、四分割光検出器の防振機構の設計やジッターを低減させるプリモードクリーナーなどの設計を国立天文台や東京大学宇宙線研究所との共同で行った。

Large low temperature gravity wave telescope KAGRA は LCGT (old name), 3 km long baseline の を hold つ, rectangular す る 2 つ の optical resonator の long さ の poor を determination す る こ と で gravitational wave を と ら え る 検 extractor と な っ て い る. Optical resonator を constitute す る mirror は free particle で な け れ ば な ら な い た め suspension さ れ て お り, 2 つ の の distance between mirror - move は レ ー ザ ー light を reciprocating さ せ る こ と で determination す る. Photon number の quantum 揺 ら ぎ に cause す る scattering 雑 sound を え suppression る た め に, reciprocating す る レ ー ザ ー の intensity は biggest 400 kW に も お よ ぶ. し か し, big き な optical radiation 圧 に よ っ て and tilt mirror の き に し seaborne て Angle unstability が born from 発 に じ て し ま う と い う problem が あ っ た. そ こ で, resonator を constitute す る mirror の posture suppression method を レ ー ザ ー dry involved meter の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と テ ー ブ ル ト ッ プ be 験 に よ る card be で establish し な け れ ば な ら な い. Annual は yesterday, dry involved と suppression is の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, mirror の posture suppression に masato わ る principle of な 雑 sound で あ る scattering 雑 sound の review 価 を line っ た. そ の results, ほ ぼ requires nt を against た す を suppression method show the す こ と が で き, そ の way で は dry involved meter の gravitational wave に す seaborne る sensitivity を more than 15 Hz の cycle for 帯 domain で は 悪 change さ せ な い こ と を shown し た. Our は principle な 雑 sound outside の 雑 sound を dry involved meter シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に え, よ り be interstate な 雑 sound evaluation 価 を into め る と に, calculate the total し た requires nt に base づ い て, masato す る KAGRA constitute part の design を into め た. ま た, テ ー ブ ル ト ッ プ be 験 に with い る の tiny mirror finished making を さ せ, そ の support methods detailed 検 の line gearing up for や vacuum tank の を っ た. Principle of な 雑 sound outside の 雑 sound と し て は and tilt mirror の き に よ っ て raw じ た optical axis ず れ を 検 out す る four split light 検 extractor の vibration に よ る 雑 sound や, optical resonator に incident す る ビ ー ム の ジ ッ タ ー, mirror の posture を suppression す る た め の ア ク チ ュ エ ー タ か ら の 雑 sound な ど が 挙 げ ら れ る. そ れ ぞ れ の review 価 を い, four split light 検 extractor の antivibration institutions の design や ジ ッ タ ー を low cut さ せ る プ リ モ ー ド ク リ ー ナ ー な ど の design を や the national observatory at the university of Tokyo institute of cosmic ray と の common line で っ た.

项目成果

光リング共振器を用いた光子のローレンツ不変性検証

使用光学环形谐振器验证光子的洛伦兹不变性

• 发表时间: 2013
• 作者: 野村真理子;大須賀健;和田桂一;高橋博之;道村唯太
• 通讯作者: 道村唯太

光リング共振器による高次ローレンツ不変性検証

使用光学环形谐振器验证高阶洛伦兹不变性

• 发表时间: 2014
• 作者: 野村真理子;大須賀健;高橋博之;和田桂一;道村唯太
• 通讯作者: 道村唯太

Optomechanical Instability in the KAGRA Gravitational Wave Telescope

KAGRA 引力波望远镜中的光机械不稳定性

• 发表时间: 2015
• 作者: 吉田鉄生;野村真理子;大須賀健;Yuta Michimura
• 通讯作者: Yuta Michimura

Proceedings of the Sixth Meeting on CPT and Lorentz Symmetry

第六次 CPT 和洛伦兹对称性会议论文集

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuta Michimura;Nobuyuki Matsumoto;Noriaki Ohmae;Wataru Kokuyama;Yoichi Aso;Masaki Ando;Kimio Tsubono (edited by V. A. Kostelecky)
• 通讯作者: Kimio Tsubono (edited by V. A. Kostelecky)

New limit on Lorentz violation using a double-pass optical ring cavity.

• DOI: 10.1103/physrevlett.110.200401
• 发表时间: 2013-03
• 期刊: Physical review letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Y. Michimura;N. Matsumoto;N. Ohmae;W. Kokuyama;Y. Aso;M. Ando;K. Tsubono