重力波天文台用高性能光源の開発

• Project/Area Number: 14047205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 三尾 典克 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (70209724)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森脇 成典 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (60262044)
• Project Period (FY): 2002 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥104,800,000 (Direct Cost: ¥104,800,000); Fiscal Year 2005: ¥38,600,000 (Direct Cost: ¥38,600,000); Fiscal Year 2004: ¥12,700,000 (Direct Cost: ¥12,700,000); Fiscal Year 2003: ¥28,800,000 (Direct Cost: ¥28,800,000); Fiscal Year 2002: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥24,700,000)
• Keywords: 重力波検出器 / 高出力レーザー / 固体レーザー / 干渉計測 / 注入同期 / 周波数安定化 / 強度安定化 / レーザー干渉計 / 半導体レーザー励起 / 干渉計

Research Abstract

重力波天文台で使用する可能な高出力・高安定レーザーの開発に関して、今年度の研究では、下記の成果が得られた。
1.昨年度、完成した101W出力の注入同期レーザーに対して、周波数安定化の実験を行い、レーザーの制御に成功した。高性能な光共振器を周波数参照にして、高周波位相変調法を用いた周波数偏差検出法を実装し、注入同期の実現された100Wを超える出力のレーザーに対して、周波数制御が可能なことを初めて示した。実験から得られた注入同期レーザーの周波数雑音のレベルは理論どおりの値を示し、同期の基準となるマスターレーザーの雑音レベルに一致していることを示したのもこの出力レベルではこれまでほとんど例がなかったことである。
2.昨年度開発したレーザーの強度雑音低減化のため、励起電流制御による強度安定化システムをさらに高精度化した。昨年度の研究では、制御用の誤差信号では十分低いレベルを実現したにもかかわらず、制御系の外側で見た揺らぎは非常に大きなままで残留していた。この原因は、レーザー増幅装置におけるレーザー光のビーム揺らぎやビーム品質の劣化にあると考え、モードクリーナーと呼ばれる光共振器を挿入することで、ビーム品質の改善を試みた。その結果、従来よりも低い周波数まで、レーザーの強度雑音が安定化されることが判明した。しかし、同時の測定したビーム揺らぎの情報とは強い相関が見られず、今後、さらに検討する必要があることも判明した。
3.今年度、導入した大型光増幅器に関しても、増幅実験を行い、前項の小型増幅器と同様な形式の安定化装置を試作したところ、十分な制御帯域を得ることが可能なことが判明した。
4.これらの結果から、将来の重力波検出用大型干渉計のレーザー光源として使用可能な光源の開発に成功した。

Research Products

• [Journal Article] 100W, single-frequency operation of an injection-locked Nd : YAG laser (2005)
  • Author(s): K.Takeno, T.Ozeki, S.Moriwaki, N.Mio
  • Journal Title: Optics Letters 30・16 Pages: 2110-2112
• [Journal Article] Upper limits on gravitational-wave bursts radiated from stellar-core collapses in our galaxy (2005)
  • Author(s): M.Ando 他多数
  • Journal Title: Classical and Quantum Gravity 22・18
• [Journal Article] Development of a frequency-detuned interferometer as a prototype experiment for next-generation gravitational-wave detectors (2005)
  • Author(s): K.Somiya 他多数
  • Journal Title: Applied Optics 44・16 Pages: 3179-3191
• [Journal Article] Analysis methods for burst gravitational waves with TAMA data (2004)
  • Author(s): M.Ando 他多数
  • Journal Title: CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY 21・20
• [Journal Article] Coincidence analysis to search for inspiraling compact binaries using TAMA300 and LISM data (2004)
  • Author(s): H.Takahashi 他多数
  • Journal Title: Physical Review D 70・4 Pages: 42003-42003
• [Journal Article] Internal friction originating from random magnetism (2004)
  • Author(s): T.Tanji 他多数
  • Journal Title: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 43・6A Pages: 3552-3555
• [Publications] S.Nagano 他多数: "Development of a multistage laser frequency stabilization for an interferometric gravitational-wave detector"Rev.Sci.Instrum.. 74. 4176-4183 (2003)
• [Publications] T.Tanji, S.Moriwaki, N.Mio他: "Measurement of damping performace of M2052 alloy at cryogenic temperature"J.Alloys Comp.. 355. 207-210 (2003)
• [Publications] K.Kuroda 他多数: "Current status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Class.Quantum Grav.. 20. S871-S884 (2003)
• [Publications] Norikatsu Mio, the LCGT Collaboration: "Large-scale cryogenic gravitational wave telescope(LCGT)"Prog.Theor.Phys.. S151. 221-225 (2003)
• [Publications] 三尾典克: "レーザー干渉計による重力波検出"O plus E. 26巻1号. 29-35 (2004)
• [Publications] T.Takeno, S.Moriwaki, N.Mio: "Development of a high-power and stable laser for large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Class.Quantum Grav.. 21. S881-S886 (2004)
• [Publications] 三尾典克(分担執筆, 編者3名, 著者10名): "宇宙を見る新しい目(日本物理学会[編])"日本評論社. 24(223) (2004)
• [Publications] N.Mio, the Tama Collaboration: "Interferometric gravitational wave detector in Japan"Proc. of the 7th international symposium on foudations of quantum mechanics in the light if new technology. 259-264 (2002)
• [Publications] 三尾典克: "動き始めた重力波天文台"数理科学. 476号. 78-83 (2003)
• [Publications] N Mio, T Tanji, S Moriwaki: "Application of a high-performance damping metal to gravitational wave detectors"Class. Quantum Grav.. 19. 1647-1654 (2002)
• [Publications] K.Somiya, H.Tariq, O.Miyakawa, G.Heinzel, N.Mio, S.Kawamura: "Induced current damping for the suspension system of a gravitational-wave detector"Rev. Sci. Instrum.. 73. 3942-3945 (2002)