高性能防振システムの開発

• Project/Area Number: 14047202
• 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: 坪野 公夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10125271)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安東 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (90313197)
• Project Period (FY): 2002 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥134,700,000 (Direct Cost: ¥134,700,000); Fiscal Year 2005: ¥15,300,000 (Direct Cost: ¥15,300,000); Fiscal Year 2004: ¥25,200,000 (Direct Cost: ¥25,200,000); Fiscal Year 2003: ¥49,600,000 (Direct Cost: ¥49,600,000); Fiscal Year 2002: ¥44,600,000 (Direct Cost: ¥44,600,000)
• Keywords: 重力波 / レーザー干渉計 / 鏡 / 防振 / ダンピング / 倒立振り子 / 微小振動 / 精密計測 / 微少振動

Research Abstract

低周波防振装置SAS(Seismic Attenuation System)の基礎技術開発は既に終了したので、その結果を元に、国立天文台にあるTAMA300へのSASインストールを開始した。これまでにTAMA-SASインストールは順調に進んでおり、近々その結果が出る予定である。
また、われわれはSuspension Point Interferometer(SPI)とよばれる、干渉計をセンサーとして用いた能動防振装置を開発中である。これは将来計画であるLCGTの防振装置として使われる予定である。LCGTでは鏡を低温に冷やすために、ヒートリンクを懸架系の一部に取り付け、排熱を行うが、その際にヒートリンクから逆に振動が混入してしまうという問題が存在する。SPIを用いると、このヒートリンクからの振動を能動的に抑えることができる。さらに、SPIは低周波まで防振性能を持つので、干渉計鏡の残留振動を大幅に抑えることができる。これは、干渉計の安定化につながり、動作点への引き込みが容易になったり、制御系からの雑音混入を低減できるなどの利点を生む。これまでにSPIの基本的性能の確認が行われているが、今年度はプロトタイプを製作して動作確認および性能評価を行った。
今回のプロトタイプ実験の結果を要約すると以下のようになる。SPIを用いることで、10Hz以下で雑音が下がっていることがわかった。雑音抑制比率は最大で100倍程度であり、低周波まで防振ができていることがわかる。SPIを用いると、用いない場合に比べてRMSが約1/9に低減された。また、地面振動から主干渉計の鏡までの伝達関数を、ダンピングマスに備えられたアクチュエータを用いて測定した。2.5Hzのピーク(Pitch方向の共振)を除くと、20Hz以下で防振比に大きな改善が見られた。20Hz以上は、測定装置の電気的なクロストークによって防振比が制限されている。この実験で得られた結果は、SPIを次世代大型干渉計に組み込むために重要なものであり、これによって低周波防振の道が拓けたといえる。

Research Products

• [Journal Article] Active vibration isolation using a Suspension Point Interferometer (2006)
  • Author(s): Y.Aso et al.
  • Journal Title: Class.Quantum Grav. (印刷中)
• [Journal Article] Observation results by the TAMA300 detector on gravitational wave bursts from stellar-core collapses (2005)
  • Author(s): M.Ando et al.
  • Journal Title: Phy.Rev.D 71-8 Pages: 82002-82002
• [Journal Article] Coincidence analysis to search for inspiraling compact binaries using TAMA300 and LISM data (2004)
  • Author(s): H.Takahashi et al.
  • Journal Title: Phy.Rev.D 70-4 Pages: 42003-42003
• [Journal Article] Systematic measurement of the intrinsic losses in various kinds of bulk fused silica (2004)
  • Author(s): K.Numata et al.
  • Journal Title: Phy.Lett.A 327-4 Pages: 263-271
• [Journal Article] Stabilization of a Fabry Perot interferometer using a suspension-point interferometer (2004)
  • Author(s): Y.Aso et al.
  • Journal Title: Phys.Lett.A 327-1 Pages: 1-8
• [Journal Article] Online calibration and pre-processing of TAMA data (2004)
  • Author(s): D.Tatsumi et al.
  • Journal Title: Class.Quantum Grav. 21-5
• [Journal Article] Systematic measurement of the intrinsic losses in various kinds of bulk fused silica (2004)
  • Author(s): K.Numata et al.
  • Journal Title: Phys.Lett.A 327-4 Pages: 263-271
• [Journal Article] Status of TAMA300 (2004)
  • Author(s): R.Takahashi et al.
  • Journal Title: Class.Quantum Grav. 21-5
• [Journal Article] Analysis for burst gravitational waves with TAMA300 data (2004)
  • Author(s): M.Ando et al.
  • Journal Title: Class.Quantum Grav. 21-5
• [Journal Article] Experimental study of the thermal noise of mirrors with an inhomogeneous loss used in gravitational wave detectors (2004)
  • Author(s): K.Yamamoto et al.
  • Journal Title: Phys.Lett.A 321-2 Pages: 79-86
• [Publications] K.Yamamoto: "Experimental study of the thermal noise of mirrors with an inhomogeneous loss used in gravitational wave detectors"Phys.Lett.A. 321-2. 79-86 (2004)
• [Publications] K.Numata: "Wide-band direct measurement of thermal fluctuations in an interferometer"Phys.Rev.Lett.. 91-26. 260602 (2003)
• [Publications] K.Tsubono: "Search for Gravitational Waves"Prog.Theor.Phys.Suppl.. 151. 115-121 (2003)
• [Publications] M.Ando: "Methods to characterize non- Gaussian noise in TAMA"Quantum Grav.. 20-17. 697-709 (2003)
• [Publications] K.Soida: "Search for continuous gravitational Waves from the SN1987A remnant using TAMA300 data"Class.Quantum Grav.. 20-17. 645-654 (2003)
• [Publications] K.Tsubono: "Application of material damping for gravitational wave detectors"Journal of Alloys and Compounds. 355-1-2. 224-229 (2003)
• [Publications] K.Kuroda: "Japanese Large-scale Interferometers"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1237-1245 (2002)
• [Publications] M.Ando: "Current Status of TAMA"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1409-1419 (2002)
• [Publications] Szabolcs Marka: "Anatomy of the TAMA SAS Seismic Attenuation System"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1605-1614 (2002)
• [Publications] A.Takamori: "Mirror Suspension system for the TAMA SAS"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1615-1621 (2002)
• [Publications] K.Yamamoto: "Study of the Thermal Noise Caused by Inhomogeneously Distributed Loss"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1689-1696 (2002)
• [Publications] K.Numata: "Intrinsic Losses in Various Kinds of Fused Silica"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1697-1702 (2002)
• [Publications] K.Arai: "Sensing and Controls for Power-recycling of TAMA300"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1843-1848 (2002)
• [Publications] Shigeo Nagano: "Development of a light source with an infection-locked Nd:YAG laser and a ring-mode cleaner for the TAMA 300 gravitational-wave detector"Rev. Sci. Instrum.. 73-5. 2136-2142 (2002)
• [Publications] R.Takahashi: "Vacuum-compatible vibration isolation stack for an interferometric gravitational wave detector TAMA300"Rev. Sci. Instrum.. 73-6. 2434-2439 (2002)
• [Publications] K.Yamamoto: "Thermal noise caused by an inhomogeneous loss in the mirrors used in the gravitational wave detector"Phys. Lett. A. 305-1-2. 18-25 (2002)
• [Publications] V.N.Rudenko: "Atmospheric gravity perturbations measured by a ground-based interferometer with suspended mirrors"Class. Quantum Grav.. 20-2. 317-330 (2003)