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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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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
9th April 2010 Keiko Kokeyama 1/26
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
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
2/269th April 2010 Keiko Kokeyama
熱雑音
Mours, B.; Tournefier, E. & Vinet, J., Classical and Quantum Gravity, 23, 5777-5784 (2006)
3/26
Ad. VIRGO noise budget
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。
9th April 2010 Keiko Kokeyama
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
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Mours, B.; Tournefier, E. & Vinet, J., Classical and Quantum Gravity, 23, 5777-5784 (2006)
Ad. VIRGO noise budget
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。
9th April 2010 Keiko Kokeyama
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
LG モードビームエルミートガウス (HG)
モード LG モード
4/26
00 10 20 30
11 21 31
22 32
33
01 11 21 31
02 12 22 32
03 13 23 33
00 10 20 30
9th April 2010 Keiko Kokeyama
Amplitude
Phase
LG ビームのパワー分配
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Integrated beam power for modes with 1ppm loss on a mirror with d =35cm
by M
. La
val a
nd
J.Y. Vin
et
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
LGnm modes:
LG ビームの熱雑音
HG00 mode:
※ 無限大鏡
J.Y. Vinet , CQG 22 (2005) 1395, Bondu et al. Physics Letters A 246 (1998) 227
25.0
31.0
5.0
1
55
33
11
00
LG33
ストレインで 1.8 倍よくなる
Flat beams:
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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
Reduction factor of thermal noise
LG00 /HG00
LG33 LG55 Mesa beam
Coating thermal noise 1 ~2.2 ~2.3 ~1.5
Substrate thermal noise 1 ~2.7 ~2.7 ~1.8
Thermo elastic noise 1 ~0.6 ~0.4 ~1.8
References:C. TN: personal coammunication J.-Y. VinetS. TN: Mours et al. . CQG 23 (2006),5777T. E. N: personal communication J.-Y. Vinet
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Flat ビームとの比較
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
By
M.
La
val a
nd
J.-
Y. V
ine
t
E0
Eref
EtrEcav
M1 M2
HG & LG mode cavity Flat top beam cavity
E0
Eref
EtrEcav
M1 M2
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Transversal mode
Longitudinal error signal
Coupling tilt intolongitudinal phase
Control Matrix foralignment signals
長さ・アライメント制御信号
LG33
LG00
0.4º
5.0º1mrad
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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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らせんモード
00 10 20 30
11 21 31
22 32
33
00 10 20 30
11 21 31
22 32
33
cosine mode
sine mode
サインモード コサインモード
らせんモードコサインモード
cosine モード
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らせんモードコサインモード
らせんモード cosine モード
00 10 20 30
11 21 31
22 32
33
00 10 20 30
11 21 31
22 32
33
cosine mode
sine mode
サインモード コサインモード
同じ Brownian TN をもつ
9th April 2010 Keiko Kokeyama 10/26
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
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
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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)
Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A 25,7 (2008)
phase plate
Holoeye LC-R2500
Phase Plate
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phase plate の断面図
Holoeye LC-R2500
Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A 25,7 (2008)
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)
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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
Phase Image
p
- p
0
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Matsumoto et al, J. Opt.Soc.Am.A 25,7 (2008)
らせんモード コサインモード
0
p
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
x0
p
Blazing period
LG33 cos モード LG33 らせんモード
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Period=2.21 pixel
Period=3.73 pixel
Period=5.30 pixel
Period=10.30 pixel
Period=15.30 pixel
PhaseImage
0th
Order1st Order
Phase Image – ブレーズ回折
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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 らせんモードLG33 cos モード
実験で実際に使っている Phase Image
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生成された LG33 モード
LG33 らせんモードLG33 cos 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%
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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
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なぜ linear MC ?
らせん LG モードは triangular MC を透過しない
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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%)
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モードクリーナーパフォーマンス
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MC 前 MC 後
9th April 2010 Keiko Kokeyama
エラーシグナル
LG33 コサインモード PDH 信号
70.2 70.6 71 71.4 71.8Time [s]
2
1
0
-1
-2
Sig
nal V
olta
ge [
V]
フィッティング :Mirror losses: 3116.29 ppmModulation index: 0.017641Demodulation phase: 99.6749 degrees
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エラーシグナル
LG33 コサインモード PDH 信号
70.2 70.6 71 71.4 71.8Time [s]
2
1
0
-1
-2
Sig
nal V
olta
ge [
V]
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
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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
Input
Reflection
Transmission
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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
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
現在の問題点
9th April 2010 Keiko Kokeyama 24/26
HG 9次ミックスインプット ビームを解析
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
現在の問題点
9th April 2010 Keiko Kokeyama 24/26
HG 9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
Triangular-high-finesse MC
現在の問題点
Phase plate が 60Hz( 交流電源 ) で点滅 パッシブな Phase plate に交換する
25/269th April 2010 Keiko Kokeyama
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
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今後の予定
9th April 2010 Keiko Kokeyama
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。)