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重力波検出器のための ラゲールガウス 33 レーザーモード実験

重力波検出器のための ラゲールガウス 33 レーザーモード実験. 苔山圭以子 University of Birmingham @ 重力波研究交流会. Contents. イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力 波 検出器における熱雑音 らせんモード コサイン モード LG33 実験 LG モードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定.

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重力波検出器のための ラゲールガウス 33 レーザーモード実験

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Presentation Transcript

  1. 重力波検出器のための ラゲールガウス33 レーザーモード実験 苔山圭以子 University of Birmingham @重力波研究交流会

  2. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  3. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  4. Einstein Telescope (ET) • 第三世代　重力波検出器 • 欧州コラボレーション（ドイツ、イギリス、イタリア、フランス、オランダ） • 2020年～? • のべ30kmの地下トンネル • 三角形の構成（マイケルソン干渉計かサニャック干渉計を検討中） • スクイジングなどの最新技術 9th April 2010 Keiko Kokeyama 2/26

  5. 熱雑音 将来計画では、熱雑音（図はAd VIRGO、コーティングサーマルノイズ）が問題になることが指摘されている。 Ad. VIRGO noise budget Mours, B.; Tournefier, E. & Vinet, J., Classical and Quantum Gravity, 23, 5777-5784 (2006) 9th April 2010 Keiko Kokeyama 3/26

  6. 熱雑音 将来計画では、熱雑音（図はAd VIRGO、コーティングサーマルノイズ）が問題になることが指摘されている。 Ad. VIRGO noise budget ラゲールガウス(LG)レーザーモードが熱雑音を下げるために提案され、ETで実際に検討されている Mours, B.; Tournefier, E. & Vinet, J., Classical and Quantum Gravity, 23, 5777-5784 (2006) 9th April 2010 Keiko Kokeyama 3/26

  7. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  8. LG モードビーム エルミートガウス (HG) モード LGモード 03 13 23 33 33 02 12 22 32 22 32 01 11 21 31 00 10 20 30 11 21 31 Amplitude Phase 00 10 20 30 9th April 2010 Keiko Kokeyama 4/26

  9. LGビームのパワー分配 by M. Laval and J.Y. Vinet Integrated beam power for modes with 1ppm loss on a mirror with d =35cm より均一なパワーdistributionをもつため 熱雑音に対して得をする 9th April 2010 Keiko Kokeyama 5/26

  10. LGビームの熱雑音 HG00 mode: LGnm modes: Flat beams: ※無限大鏡 LG33 ストレインで1.8倍よくなる J.Y. Vinet, CQG 22 (2005) 1395, Bondu et al. Physics Letters A 246 (1998) 227 9th April 2010 Keiko Kokeyama 6/26

  11. 熱雑音の改善度 1ppm クリッピングロスに対応するビームサイズを仮定 References: C. TN: personal coammunicationJ.-Y. Vinet S. TN: Mourset al. . CQG 23 (2006),5777 T. E. N: personal communication J.-Y. Vinet 9th April 2010 Keiko Kokeyama 7/26

  12. Flat ビームとの比較 HG & LG mode cavity Flat top beam cavity • これまでの普通の球面 • ミラーが使用可能 • メキシカンハット型の • ミラーが必要 Etr Etr Ecav Ecav E0 E0 By M. Laval and J.-Y. Vinet Eref Eref M1 M2 M1 M2 9th April 2010 Keiko Kokeyama 8/26

  13. 長さ・アライメント制御信号 LG00 5.0º 1mrad LG33 0.4º 9th April 2010 Keiko Kokeyama 9/26

  14. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  15. らせんモードコサインモード • らせんモード • cosine モード cosine mode sine mode 33 22 32 11 21 31 33 00 10 20 30 22 32 11 21 31 00 10 20 30 9th April 2010 Keiko Kokeyama 10/26 サインモード　コサインモード

  16. らせんモードコサインモード • らせんモード • cosine モード cosine mode sine mode 33 22 32 11 21 31 33 00 10 20 30 22 32 11 21 31 • 同じBrownian TN をもつ 00 10 20 30 9th April 2010 Keiko Kokeyama 10/26 サインモード　コサインモード

  17. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  18. テーブルトップ実験の目的 • LG00モードからLG33モード（らせん・コサインモード）生成の検証 • Cavity,干渉計パフォーマンスの検証 • 考えうる問題の検証 9th April 2010 Keiko Kokeyama 11/26

  19. Liquid-crystal-on-silicone spatial light modulator (LSM, phase plate) 入射LG00ビームのwavefrontに位相変調をかけLG33モードにホログラフィック的に変換する 1024 x 768 pixels, 19.5 x 14.6 mm (1pixel = 19um) Phase Plate phase plate Holoeye LC-R2500 • Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A25,7 (2008) 9th April 2010 Keiko Kokeyama 12/26

  20. Phase Plate • Liquid-crystal-on-silicone spatial light modulator (LSM, phase plate) • 入射LG00ビームのwavefrontに位相変調をかけLG33モードにホログラフィック的に変換する • 1024 x 768 pixels, 19.5 x 14.6 mm (1pixel = 19um) phase plate　の断面図 Holoeye LC-R2500 • Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A25,7 (2008) 9th April 2010 Keiko Kokeyama 12/26

  21. Phase Image • LG00 からLG33 モード（らせん・コサインモード）へ変換するための空間的位相変調 p • Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A25,7 (2008) 0 -p 0 p コサインモード らせんモード 9th April 2010 Keiko Kokeyama 13/26

  22. Phase Image – ブレーズ回折 • Phase imageに加えて、ブレーズ回折も使用 • Phase Plateへの入射角度をなるべく小さくするため Phase p x 0 Blazing period LG33 cosモード　　　　　　　　　LG33らせんモード 9th April 2010 Keiko Kokeyama 14/26

  23. Phase Image – ブレーズ回折 Phase Image 0th Order 1st Order Period=2.21 pixel Period=3.73 pixel Period=5.30 pixel Period=10.30 pixel Period=15.30 pixel 9th April 2010 Keiko Kokeyama 15/26

  24. Phase Image– コントアー • ブレーズ回折にくわえ強度でPhase Imageの輪郭をとる • 高次モードが１次回折へなるべくいかないようにするため LG33 cosモード LG33 らせんモード • 実験で実際に使っているPhase Image 9th April 2010 Keiko Kokeyama 16/26

  25. 生成されたLG33 モード LG33 cosモード LG33 らせんモード • 右側に0次回折があるので右側が明るくなっている • 高次モードが混ざっている • 強度から推定した変換効率はらせんモードで66% 9th April 2010 Keiko Kokeyama 17/26

  26. モードクリーナーパフォーマンス • 2枚鏡の固定キャビティ 9th April 2010 Keiko Kokeyama 18/26

  27. なぜ linear MC？ らせんLGモードはtriangular MCを透過しない 9th April 2010 Keiko Kokeyama 19/26

  28. モードクリーナーパフォーマンス • 2枚鏡の固定キャビティ • 15MHz でPDH 変調 • 長さ0.21 m (round trip 0.42m) • フィネス～207 (rF=98%, rE=99%) 9th April 2010 Keiko Kokeyama 20/26

  29. モードクリーナーパフォーマンス MC前 MC後 9th April 2010 Keiko Kokeyama 21/26

  30. エラーシグナル LG33コサインモードPDH信号 2 1 0 -1 -2 Signal Voltage [V] 70.2 70.6 71 71.4 71.8 Time [s] フィッティング: Mirror losses: 3116.29 ppmModulation index: 0.017641Demodulation phase: 99.6749 degrees 9th April 2010 Keiko Kokeyama 23/26

  31. エラーシグナル LG33コサインモードPDH信号 2 1 0 -1 -2 Signal Voltage [V] 70.2 70.6 71 71.4 71.8 Time [s] この信号を使って安定にキャビティをロックすることにも成功 9th April 2010 Keiko Kokeyama 23/26

  32. 三角MCでのらせんモード 実験でもらせんモードがコサイン・サインモードに 分離することが確かめられた Reflection Input Transmission 9th April 2010 Keiko Kokeyama 22/26

  33. Contents イントロダクション Einstein Telescope (ET) 将来計画の重力波検出器の熱雑音 ラゲールガウス (LG) 33 モードビームについて 重力波検出器における熱雑音 らせんモード コサインモード LG33実験 LGモードの生成 キャビティー 制御信号 問題点と今後の予定 9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26

  34. 現在の問題点 モード縮退　–同じオーダーのモードは 同じパラメタ（グオイフェイズ等）を持つ HG９次ミックス インプット ビームを解析 9th April 2010 Keiko Kokeyama 24/26

  35. 現在の問題点 モード縮退　–同じオーダーのモードは 同じパラメタ（グオイフェイズ等）を持つ Triangular-high-finesse MC HG９次ミックス インプット ビームを解析 実験でも縮退が確かめられた http://www.youtube.com/watch?v=q1LaPqH2A14&feature=player_embedded 9th April 2010 Keiko Kokeyama 24/26

  36. 現在の問題点 • Phase plateが60Hz(交流電源)で点滅 • パッシブなPhaseplateに交換する 9th April 2010 Keiko Kokeyama 25/26

  37. 今後の予定 • MC後のビームを２つ目のキャビティに入射しパフォーマンスをチェックする • MC後のビームでマイケルソン干渉計を動作しパフォーマンスをチェックする 9th April 2010 Keiko Kokeyama 26/26

  38. Acknowledgements： Paul Fulda (このプロジェクトは彼のPhDテーマ。D2のイギリス人。) Simon Chelkowski (Hannover のRomanグループ（スクイジンググループ）出身の人。 ３月にドイツ･イエナのOptics会社に就職。) Andreas Freise （ボス。シミュレーションソフトFinesseを作った人。）

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