多段懸架光学系を用いた干渉計型重力波検出器の開発

• Project/Area Number: 14702003
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 素粒子・核・宇宙線
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安東 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (90313197)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥23,660,000 (Direct Cost: ¥18,200,000、Indirect Cost: ¥5,460,000); Fiscal Year 2004: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2003: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2002: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
• Keywords: 重力波 / 干渉計 / ファブリ・ペロー / 防振 / 懸架装置 / 懸架

Research Abstract

本研究の目的は、多段に懸架された光学素子で構成された光干渉計を安定に動作させ、高い防振特性を実現することである。最終年度である平成16年度には、これまでに順次組上げられてきた各要素を組み合わせて本格的な測定実験が行なわれた。
本研究装置の中心となる部分として、低周波数の縦防振装置(GAS)が挙げられる。これは、鉛直方向に支持する板バネを適切な形に変形させ、横方向から圧縮力を加える事で100mHz程度の低共振周波数を実現するものである。ただ、低共振周波数を実現するためには、この板バネの形状や材質、支持する荷重を微調整する必要がある。そこで、幾つかの試作品を製作・調整し、その特性を評価した。その中で最も性能の良いものを選び、本実験用の防振装置を設計し、製作した。
その後、それらの懸架装置で支持された鏡によって上下2段のファブリ・ペロー干渉計を構成し、制御系を組み込む事で動作させた。その結果、上段干渉計を制御することで、下段干渉計の変動が安定化される、という多段懸架干渉計(懸架点干渉計)の効果を実験的に確認する事ができた。さらに、音響や空気の揺らぎを抑えるために装置を真空中で動作させ、またレーザー光源に起因する雑音を除去するためにモードクリーナを組み込み、レーザー光源の周波数安定化を行なった。また、光源の強度安定化も行ない、下段干渉計をより安定にする研究まで進める事ができた。さらに、最終段階として、鏡の角度揺れを制御によって抑えるために、ウェーブフロントセンサーと呼ばれるシステムを組み込んだ動作実験も進められている。
この研究によって、将来の大型重力波検出器で採用される事になっている懸架点干渉計についての基礎技術が確立されたといえる。

Research Products

• [Journal Article] Stabilization of a Fabry-Perot interferometer using a suspension-point Interferometer (2004)
  • Author(s): Aso Y, Ando M, Kawabe K, et al.
  • Journal Title: Physics Letters A 237 Pages: 1-8
• [Journal Article] Analysis methods for burst gravitational waves with TAMA data (2004)
  • Author(s): Ando M, Arai K, Nagano S, et al.
  • Journal Title: CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY 21
• [Journal Article] Plans for the LIGO-TAMA joint search for gravitational wave bursts (2004)
  • Author(s): Sutton PJ, Ando M, Brady P, et al.
  • Journal Title: CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY 21
• [Journal Article] Coincidence analysis to search for inspiraling compact binaries using TAMA300 and LISM data (2004)
  • Author(s): Takahashi H, Tagoshi H, Ando M, et al.
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW D 70 Pages: 42003-42003
• [Journal Article] Systematic measurement of the intrinsic losses in various kinds of bulk fused silica (2004)
  • Author(s): Numata K, Yamamoto K, Ishimoto H, et al.
  • Journal Title: PHYSICS LETTERS A 327 Pages: 263-271
• [Journal Article] Present status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope (2004)
  • Author(s): Uchiyama T, Kuroda K, Ohashi M, et al.
  • Journal Title: CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY 21
• [Publications] Ando M, Arai K, Takahashi R, et al.: "Methods to characterize non-Gaussian noise in TAMA"Classical and Quantum Gravity. 20. S697-S709 (2003)
• [Publications] Yamamoto K, Otsuka S, Nanjo Y, et al.: "Experimental study of the thermal noise of mirrors with an inhomogenous loss used in gravitational wave detectors"Physica Letters A. 321. 79-86 (2004)
• [Publications] Numata K, Ando M, Yamamoto K, et al.: "Wide-band direct measurement of thermal fluctuations in an interferometer"Physical Review Letters. 91. 260602 (2003)
• [Publications] Ohashi M, Kuroda K, Miyoki S, et al.: "Design and construction status of CLIO"Classical and Quantum Gravity. 20. S599-S607 (2003)
• [Publications] Soida K, Ando M, Kanda N, et al.: "Search for continuous gravitational waves from the SN1987A remnant using TAMA300 data"Classical and Quantum Gravity. 20. S645-S654 (2003)
• [Publications] Nagano S, Kawamura S, Ando M, et al.: "Development of a multistage laser frequency stabilization for an interferometric gravitational-wave detector"Review of Scientific Instruments. 74. 4176-4183 (2003)
• [Publications] Masaki Ando, the TAMA collab.: "Current status of TAMA"Classical and Quantum Gravity. 19. 1409-1419 (2002)
• [Publications] K.Yamamoto, M.Ando, K.Kawabe, K.Tsubono: "Thermal Noise caused by an inhomogeneous loss in the mirrors used in the gravitational wave detector"Physics Letters A. 305. 18-25 (2002)
• [Publications] S.Nagano, M.Ando, et al.: "Development of a light source with an injection-locked Nd : YAG laser and a ring-mode cleaner for the TAMA 300 gravitational-wave detector"Review of Scientific Instruments. 73. 2136-2142 (2002)
• [Publications] T.Tomaru, M.Ando, et al.: "Evaluation of the Performance of Polished Mirror Surfaces for the TAMA Gravitational Wave Detector by Use of a wave-front tracing"Applied Optics. 41. 5913-5920 (2002)
• [Publications] S.Marka, A.Takamori, M.Ando, et al.: "Anatomy of the TAMA SAS seismic attenuation system"Classical and Quantum Gravity. 19. 1605-1614 (2002)
• [Publications] K.Yamamoto, S.Otsuka, M.Ando, K.Kawabe, K.Tsubono: "Study of the thermal noise caused by inhomogeneously distributed loss"Classical and Quantum Gravity. 19. 1689-1696 (2002)
• [Publications] 古在由秀 他: "宇宙を探る新しい目-重力波-"クバプロ. 175 (2002)