熱雑音の低減による重力波検出器TAMA300の高感度化

通过降低热噪声提高引力波探测器TAMA300的灵敏度

• 批准号: 00J09677
• 负责人: 沼田 健司
• 金额: $ 1.92万
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J09677/
• 关键词: 干渉計型重力波検出器; 熱雑音; 機械損失; 溶融石英; BK7; フッ化カルシウム

現在、国立天文台三鷹キャンパスで、干渉計型重力波検出器の開発が進められている。TAMA300は重力波に対する感度を着実に向上してきている。この感度は、鏡の熱雑音によって制限される。その低減は、技術的に克服しなければならない重要な課題である。観測帯域における熱雑音の振幅は、鏡の機械損失に比例することが知られている。従って、研究代表者は、いかに機械損失の小さい鏡を実現するかという課題に取り組んでいる。また、鏡の熱雑音は理論的に予言されているだけのものであったため、それを直接検証するという課題にも取り組んできた。干渉計の鏡材料は、溶融石英が有望視されている。研究代表者は、高品位の溶融石英の機械損失を測定する実験を行った。溶融石英の製法によって機械損失の大きさが異なること、溶融石英の機械損失には周波数依存性があることなどを発見した。また、世界で最も機械損失の小さい溶融石英を見出した。これらの結果は論文として発表された。熱雑音自体の直接測定の実験においては、レーザの周波数を固定光共振器にロックし、高い周波数安定度を得た。この光を二つの短基線長Fabry-Perot共振器に入射し、共振器をレーザ光に対してロックした。地面振動、散射雑音、周波数雑音などを抑圧し、感度の向上を行った。ここで測定を試みた熱雑音は、Brownian noiseとthermoelastic noiseという二つの熱雑音である。前者は光学ガラスBK7、後者はフッ化カルシウムを用いることで検証を行った。両者において三桁にわたり、鏡の熱雑音を測定することに世界で初めて成功した。測定された熱雑音は理論的な予言と一致していた。これらは論文として投稿予定である。構築された干渉計ではさらに小さな鏡の熱雑音を直接測定できる。これは、実際の重力波検出器のためのテストベンチとして、重要な役割を果たしていくことになる。

At present, the development of gravity wave detectors of dry meter type at the National Astronomical Observatory is progressing. TAMA300 is sensitive to gravity waves. The sensitivity of the mirror and the heat of the mirror are limited. The important problem of technology and technology is to overcome it. The amplitude of the thermal noise in the measurement range is proportional to the mechanical loss of the mirror. The research representative is responsible for the study of mechanical loss and small mirror. The theory of "mirror" is not correct. Dry mirror material, fused quartz, is expected to be used in the production process. The research representative conducted a study on the determination of mechanical loss of high grade fused quartz. The mechanical loss of fused quartz depends on the number of cycles. The world's largest mechanical loss is due to melting quartz. The result of this study is that the author of this paper has a clear idea of the future. Direct measurement of thermal resonance frequency and frequency stability of fixed optical resonator The light source has a short base line length Fabry-Perot resonator, and the resonator has a short base line length. Ground vibration, scattered noise, frequency noise, vibration suppression, vibration sensitivity This is a test of Brownian noise and thermoelastic noise. The former is called BK7, while the latter is called BK 7. The world is beginning to be successful. The measurement of heat and sound theory is consistent with that of heat and sound theory.これらは论文として投稿予定である。The structure of the system is based on the direct measurement of the thermal noise of the mirror. The gravity wave detector is a very important tool for detecting gravity waves.

项目成果

Kenji Numata et al.: "Intrinsic losses in various kinds of fused silica"Classical and Quantum Gravity. 19. 1697 (2002)

Kenji Numata 等人：“各种熔融石英的固有损耗”经典和量子引力。