第3世代レーザー干渉計重力波検出器へ向けた 重力勾配雑音の相殺技術の実証実験

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重力場変動による変位（加速度）信号を測定するためのDFI干渉計の設計および構築と予備実験を行なった．重力場変動による擾乱としての信号を観測することと併せて，最終的にはこれらを相殺することのできる光学系として，最もシンプルなDFIである双方向マッハツェンダー干渉計を採用することとした．同一の干渉計光学系に両方向からレーザーを入射することにより干渉計出力を2つ得ることができるが，鏡の変位の情報は両干渉計の出力に等しく現れるため，これらの信号を後処理で引き算することにより，鏡の変位情報（雑音）を消去することができる．一方で，本研究の目的は重力場変動による変位雑音を測定することであることから，DFIの変位雑音除去機能を地面振動など擾乱由来の変位雑音には適用しつつ，重力場変動由来の変位雑音には感度があるようなDFIの幾何学設計を採用した．併せて干渉計を光学素子全固定型モノリシック構造とし，地面振動による雑音効果を受けにくい構成とすることとした．これらの設計を反映したモノリシック型DFIを干渉計として構築し，干渉計として機能すること，および雑音感度の評価を行った．この結果，擾乱としての地面振動は3桁程度相殺できることが確認され，数Hz程度までは光のショットノイズで制限される感度を実現した．重力場変動を生成する機構としては回転ディスク型のアトラクタとその回転機構（モータ）についての検討を行なった．回転機構の発生する振動雑音が干渉計に支配的に現れないよう，回転機構と干渉計は別プラットフォームに設置し，かつ干渉計は能動防震系に設置するものとする．さらに振動由来の変位信号と，本研究の目的である重力場変動由来の変位（加速度）信号を区別するために，回転ディスク上の質量（アトラクタ）の配置を工夫することで異なる周波数での信号を印加することができるようなシステムとする．