高性能防振システムの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14047202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 坪野 公夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10125271)
• 研究分担者: 安東 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (90313197)
• キーワード: 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

研究概要

現在、TAMA300重力波検出器の低周波における感度を制限しているのは地面振動であるため、本計画では、低周波防振装置SAS(Seismic Attenuation System)の基礎技術開発を目的とした研究をおこなった。具体的には、Caltech-東大-国立天文台の3グループの共同でSASを開発・試作し、それを東大の3mプロトタイプレーザー干渉計に組み込み防振特性等の性能評価をおこなった。
東大本郷の3mプロトタイプレーザー干渉計の中にSASを組み込み、2つのミラーをそれぞれSASで懸架し、3m基線長のFabry-Perot光共振器をつくった。Fabry-Perot共振器を共振させた状態で、0.1Hz以上での鏡の変動量の積分値が0.2μmまで抑制されることを示した。また同様に、鏡の平均速度は0.3μm/sまで抑制された。これらの結果により、SASを用いることによって干渉計の安定性、制御性を改善することが可能であることが実証された。
また、SASの開発と同時に、その周辺の開発研究も進めた。具体的には、防振系の3次元シミュレーション、防振系と密接な関係をもつミラー懸架装置の開発、ミラー材料の機械損失研究、これらの要素を組み合わせて総合的性能を試験するためのミラー熱雑音の実測等の研究項目である。これらの研究を有機的に組み合わすことによって、レーザー干渉計の最も重要な要素であるミラーおよびその周辺を含めたシステム全体の高感度化が実現される。
以上の研究成果を大学院生の博士論文としてまとめたほか、いくつかの国際会議でも報告した。今後は、本研究の成果をうけて、SASをTAMA300に組み込むための技術的検討を推進する予定である。

研究成果

• [文献書誌] K.Kuroda: "Japanese Large-scale Interferometers"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1237-1245 (2002)
• [文献書誌] M.Ando: "Current Status of TAMA"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1409-1419 (2002)
• [文献書誌] Szabolcs Marka: "Anatomy of the TAMA SAS Seismic Attenuation System"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1605-1614 (2002)
• [文献書誌] A.Takamori: "Mirror Suspension system for the TAMA SAS"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1615-1621 (2002)
• [文献書誌] K.Yamamoto: "Study of the Thermal Noise Caused by Inhomogeneously Distributed Loss"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1689-1696 (2002)
• [文献書誌] K.Numata: "Intrinsic Losses in Various Kinds of Fused Silica"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1697-1702 (2002)
• [文献書誌] K.Arai: "Sensing and Controls for Power-recycling of TAMA300"Class. Quantum Grav.. 19-7. 1843-1848 (2002)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] R.Takahashi: "Vacuum-compatible vibration isolation stack for an interferometric gravitational wave detector TAMA300"Rev. Sci. Instrum.. 73-6. 2434-2439 (2002)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] V.N.Rudenko: "Atmospheric gravity perturbations measured by a ground-based interferometer with suspended mirrors"Class. Quantum Grav.. 20-2. 317-330 (2003)