2017 Fiscal Year Annual Research Report
Ground state cooling of a suspended mirror
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16J01010
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小森 健太郎 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 重力波実験 / オプトメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、レーザー光と機械振動子の相互作用を記述するオプトメカニクス分野の研究が非常に盛んである。オプトメカニクスにおいては、振動子の振動モードをレーザー光の量子的な揺らぎと結合させること、レーザー光の輻射圧を利用して振動子の変位量を小さくし実効温度を低下させることなどが可能であり、究極的には巨視的な振動子の量子力学的な性質を明らかにすることができると期待されている。したがって様々な質量スケールの振動子を用いて研究が行われているが、中でも私たちは、重力波検出器の分野で培われてきた技術を応用することができる懸架された鏡(質量はmg程度)に着目した。特別研究員としての研究においては、懸架鏡の振動モードを基底状態まで冷却することを目指している。
研究を行っている振動子は、懸架された棒状の鏡(質量10 mg、長さ15 mm)である。この懸架鏡の両端で光共振器を構築し、その差動モード(回転モード)を基底状態まで冷却することを目標としている。基底状態冷却のためには、着目している振動モードが量子輻射圧揺らぎで駆動されることが必要条件となるため、まずは棒状鏡の回転モードで量子輻射圧揺らぎを観測することを目標として実験を行っている。現在、真空中に配置する懸架系の組み上げが完了し、棒状鏡の両端で光共振器を構築することに成功、2つの共振器の同時ロックにも成功している。また、取得された信号のキャリブレーションの手法として、棒状鏡の曲がりモードを利用することを考案し、適切なキャリブレーション手法が確立された。この手法を用いて、得られた信号を変位感度に較正した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初はねじれ振り子光共振器のロックが年度末ごろとなる見込みであったが、これを1月下旬に達成した。さらに、棒状鏡の曲がりモードを利用したキャリブレーション方法はこれまでの課題であった適切なキャリブレーションを実現するものであった。したがって、現在までの研究状況は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は量子輻射圧揺らぎ観測のため、共振器内パワーを上げることを目指す。そのために必要な課題として考えられていた制御の安定化には成功しているため、実現は可能であると見込まれる。その後雑音低減を行い、量子輻射圧揺らぎを実現する。冷却手法は修士時代に研究を行い確立されているため、輻射圧揺らぎが観測された後にその手法を適用し、基底状態冷却を目指す。
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