重力波天文台用高性能光源の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14047205
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三尾 典克 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (70209724)
• 研究分担者: 森脇 成典 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (60262044)
• キーワード: 高出力レーザー / 固体レーザー / 重力波検出器 / 干渉計 / 半導体レーザー励起 / 注入同期

研究概要

重力波天文台で使用する可能な高出力・高安定レーザーの開発を行ってきた。今年度の研究では、下記の成果が得られた。
1.高出力レーザーで問題となる熱の効果を取り入れた、レーザー共振器の設計を検討し、小型のNd:YAGレーザーモジュールを利用した実証実験を行った。モジュール自身は、定格動作では、マルチモード出力で35Wの出力を出せるものを利用したが、干渉計で必要とされるシングルモードでは10W程度の予測が立てられていた。しかし、共振器を最適設計することで、18Wを超えるシングルモード出力を実現した。このモードの品質は、M^2というパラメータで評価されるが、1.1から1.2の間の数値を実現できた(理想的な場合は1)。
2.単一周波数発振に必要な注入同期の技術に関しての検討を行い、進行波型レーザー共振器の試作に成功した。上記のモジュールを利用した設計で、出力が10Wクラスの進行波型レーザーの設計が出来上がった。
3.レーザーの安定度を左右する共振器の機械設計に関して、振動を減衰する能力の大きな制振材料を利用することを検討し、試作した。この制振材料の特性の評価も行った。
4.実際に、目標の100W出力を実現するために、超高輝度の半導体レーザー励起システムを導入し、干渉計に利用できる光を発生するようにするための方策の検討をした。そこで、新しい共振器構造を考案し、その実装のための評価を行った。その第一段階は、シングルモードの高出力光を取り出すことであり、現時点では、設計50Wのレーザーで59Wの出力が得られた。このときのM^2はやはり1.1以下であった。
5.次世代の干渉計LCGTのためのレーザー装置に関して、設計を検討し、本研究の目標をさらに超える300Wの出力を得るためのシステムのデザインを行った。

研究成果

• [文献書誌] N.Mio, the Tama Collaboration: "Interferometric gravitational wave detector in Japan"Proc. of the 7th international symposium on foudations of quantum mechanics in the light if new technology. 259-264 (2002)
• [文献書誌] 三尾典克: "動き始めた重力波天文台"数理科学. 476号. 78-83 (2003)
• [文献書誌] N Mio, T Tanji, S Moriwaki: "Application of a high-performance damping metal to gravitational wave detectors"Class. Quantum Grav.. 19. 1647-1654 (2002)
• [文献書誌] K.Somiya, H.Tariq, O.Miyakawa, G.Heinzel, N.Mio, S.Kawamura: "Induced current damping for the suspension system of a gravitational-wave detector"Rev. Sci. Instrum.. 73. 3942-3945 (2002)