2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a parametric amplification method of a gravitational wave signal for the observation of a binary neutron star merger
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17H02886
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宗宮 健太郎 東京工業大学, 理学院, 准教授 (10582603)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 重力波 / 光バネ / パラメトリック増幅 / 中性子星連星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、中性子星連星合体のような高周波の重力波イベントを観測するための、パラメトリック信号増幅技術を開発することである。平成29年は東工大にて開発してきたシグナルリサイクリング干渉計の制御をさらに安定化させることに成功したが、光バネはいまだに観測できていない。我々はその原因が、クリーンルーム内の空気の揺れや音響雑音によるものではないかと考え、シグナルリサイクリング干渉計とは別に、ファブリーペロー共振器を組み、真空槽内に入れて運転する実験を開始することにした。こちらの実験は、パラメトリック増幅をもたらすOPOは入れずに、単純なDetuneだけで光バネを見ようというものである。まず最初に箱型の真空槽を購入し、ドライポンプで10Paまで真空にすることに成功した。しかし、真空槽の設計を誤り、光学系が入らないことが分かったので、急きょもう一台の真空槽を手配し、そちらに光学系を入れることにした。平成29年度の実験はそこまでで終了した。
実験と並行して本研究の理論面での理解を深める作業も進めている。平成29年度に大学院生に担当してもらって進めたのは、信号増幅をした際に共振器内の光学ロスが、入力した時点よりも増えることの原因を探るというものである。複数の光学素子からのロス真空場を計算に導入、それぞれの伝達関数を計算し、ロスの増幅はたしかに起こっていることを確認した。まだ確定ではないが、パラメトリック増幅により共振器内から共振器外への結合定数がかわり、増幅が生じているものだと思われる。
理論研究を進めている際に、信号増幅を施してもパラメタ次第では重力波検出器の感度が改善しない一方で、光バネ自体は硬くなっているということが分かった。この事実の発見は大きく、これまでに想定していたものよりドラスティックに光バネを硬くすることもできる可能性が見えてきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シグナルリサイクリング干渉計の安定動作（タスク１）は予定通りである。光バネが見えないことについても対策を講じている。光学ロスに関する理論研究（タスク３）も予定通りであり、よりよい干渉計構成についても道筋が見えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
既存のシグナルリサイクリング干渉計とは別に、ファブリーペロー共振器を真空槽内で運転する実験を開始した。こちらにも軽量鏡を導入しており、OPOなしでまずは光バネを観測したいと考えている。既存の干渉計の方は、デジタル制御を導入するなどしてテコ入れしようと考えている。
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