低温鏡の開発

• Project/Area Number: 14047203
• 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: 黒田 和明 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (00242165)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 正義 神戸常盤短期大学, 教授 (70071397)
• Project Period (FY): 2002 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥152,200,000 (Direct Cost: ¥152,200,000); Fiscal Year 2005: ¥32,400,000 (Direct Cost: ¥32,400,000); Fiscal Year 2004: ¥36,700,000 (Direct Cost: ¥36,700,000); Fiscal Year 2003: ¥42,800,000 (Direct Cost: ¥42,800,000); Fiscal Year 2002: ¥40,300,000 (Direct Cost: ¥40,300,000)
• Keywords: 重力波 / レーザー干渉計 / 低温鏡 / サファイヤ結晶 / 複屈折 / 熱雑音 / 極低温冷凍機 / 熱レンズ効果

Research Abstract

地上の重力波レーザー干渉計では目標の物理を見るために感度向上が不可欠で、観測帯域中央の感度向上にはレーザー鏡の熱雑音低減が必要である。このために低温鏡技術の開発を行った。低温鏡に適した素材としてサファイヤ結晶を選択し、その機械的性質、光学的性質ならびに光学鏡としての加工性を解明し、実用化のために必要な開発研究を行った。サファイヤ結晶の機械的性質は、結晶としての完全性が確認できる程度で十分であることが判明しており、加工性についても技術的な問題はないことが確認できている。ここでは、光学的性質、すなわち、光吸収、光散乱、屈折率の揺らぎに関して定量的に精密計測を行うことにより、より高品質の素材選別手法に焦点をあてた。昨年度までに、光吸収および光散乱に関しては海外との共同研究により計測を終了し、屈折率揺らぎに関して従来にない精密レベルでの自動計測装置構築を行ってきたが、本年度はさらに多くのサンプルの計測を行った。これらの計測結果を総合すると、各計測結果の相関から結晶の光学的品質評価にはいずれかの計測法を用いれば良いことが示唆される。この結果は、今後本格的な低温鏡レーザー干渉計LCGTを建設する上で、その素材選別に必要な検査手段を確立できたことを意味する。この研究と平行して、本特定領域研究内の他の研究計画と共同で、低温鏡実証に用いるプロトタイプ干渉計を完成させることができ、低温鏡の実証実験を進める手段が整った。以上の成果は、LCGTの建設に大きく貢献するものである。

Research Products

• [Journal Article] Rayleigh scattering, absorption and birefringence of large-size bulk single-crystal sapphire (2006)
  • Author(s): Z.Yan, K.Kuroda et al.
  • Journal Title: Applied Optics 45・12 Pages: 1-7
• [Journal Article] Development of an automatic birefringence measuring device of mirror substrates for gravitational wave detectors (2006)
  • Author(s): M.Tokunari, K.Kuroda et al.
  • Journal Title: Journal of Physics, Conference series (印刷中)
• [Journal Article] LCGT (2006)
  • Author(s): K.Kuroda
  • Journal Title: Class.Quantum Gravity
• [Journal Article] Experimental Effort to detect gravitational waves (2006)
  • Author(s): K.Kuroda
  • Journal Title: Prog.Thoer.Phys. (印刷中)
• [Journal Article] Development of a radiation pressure noise interferometer (2006)
  • Author(s): A.Okutomi, K.Kuroda et al.
  • Journal Title: Journal of Physics, Conference series (印刷中)
• [Journal Article] Technical Report of LCGT (2005)
  • Author(s): LCGT Collaboration(K.Kuroda et al.)
  • Journal Title: For the technical advisory committee of ICRR Pages: 1-81
• [Journal Article] Coincidence analysis to search for inspiraling compact binaries using TAMA300 and LISM data (2004)
  • Author(s): Hirotaka Takahashi, (他共著者88名)
  • Journal Title: Physical Review D 70
• [Publications] K.Kuroda et al.(他共著者49名): "Current status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Classical Quantum Gravity. 20・17. S871-S884 (2003)
• [Publications] N.Sato et al.(他共著者13名): "Force measurements of a superconducting-film actuator for a cryogenic Interferometric gravitational-wave detector"Cryogenics. 43. 425-429 (2003)
• [Publications] 笠原邦彦(他共著者8名): "低温レーザー干渉計型重力波検出器の為のヒートリンクの研究"低温工学. 39・1. 25-32 (2004)
• [Publications] S.Miyoki et al.(他共著者24名): "Status of the CLIO project"Classical Quantum Gravity. 21・5. S1173-S1181 (2004)
• [Publications] T.Uchiyama et al.(他共著者50名): "Present status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Classical Quantum Gravity. 21・5. S1161-S1172 (2004)
• [Publications] K.Yamamoto, et al.(他共著者15名): "Mechanical loss of the reflective coating and fluorite at low temperature"Classical Quantum Gravity. 21・5. S1075-S1081 (2004)
• [Publications] T.Tomaru, et al.: "Evaluation of the performance of polished mirror surfaces for the TAMA gw detector by use of a wave-front tracing simulation"Applied Optics. 41. 5913-5920 (2002)
• [Publications] K.Kurada, LCGT Collab.: "Progress in Gravitational Wave Detection : Interferometers"Nuclear Physics B (Proc. Suppl.). 110. 202-208 (2002)
• [Publications] R.Takahashi, et al.: "Vacuum-compatible vibration isolation stack for an intererometric gravitational wave detector TAMA300"Review of Scientific Instruments. 73. 2428-2433 (2002)
• [Publications] Shigeo Nagano, 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. 2136-2143 (2002)
• [Publications] T.Tomaru, et al.: "Thermal lensing in cryogenic sapphire substrates"Classical Quantum Gravity. 19. 2045-2049 (2002)
• [Publications] K.Kuroda, et al.: "Japanese large-scale interferometers"Classical Quantum Gravity. 19. 1237-1245 (2002)