重力波天文台用高性能光源の開発

2003 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に関して,今年度の研究では、下記の成果が得られた。
1.大出力レーザーの発振モードを観測し、線形共振器(約50W出力)では2から3本の縦モードが発振していることが確認できた。このような高出力における縦モードの測定の例はほとんどなく、関与している縦モードの数が予想より少ないことが判明した。このことは、単一周波数発振を実現する上で、貴重な情報になった。
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。昨年度に導入したモジュールと今年度に導入したモジュールを組み合わせ、リング共振器構成のレーザー発振器を試作し、最大で120Wの連続発振出力を得た。
3.レーザーの安定度と制御性を左右する共振器の機械設計に関して、機械式の共振器制御装置を試作した。その特性を評価したところ、1μm以上の変位をダイナミックレンジに持ち、かつ、最低次の機械共振が50kHzを越えるものが完成した。
4.4Wの出力をもつリングレーザーを試作し、注入同期の実現に成功した。これは、逆方向発振の抑制と発振モードの単一化によって確認した。そのため、.レーザーの発振特性評価に必要な狭帯域光スペクトラムアナライザーを試作した。しかし、本来、注入同期は注入するレーザー光の発振周波数に、大出力レーザーの発振周波数が同期するはずであるのが、制御に用いる側帯波の周波数に同期されるという奇妙な現象が観測された。理論的には非常に考えにくい現象であり、この原因を現在究明している。

研究成果

• [文献書誌] S.Nagano 他多数: "Development of a multistage laser frequency stabilization for an interferometric gravitational-wave detector"Rev.Sci.Instrum.. 74. 4176-4183 (2003)
• [文献書誌] T.Tanji, S.Moriwaki, N.Mio他: "Measurement of damping performace of M2052 alloy at cryogenic temperature"J.Alloys Comp.. 355. 207-210 (2003)
• [文献書誌] K.Kuroda 他多数: "Current status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Class.Quantum Grav.. 20. S871-S884 (2003)
• [文献書誌] Norikatsu Mio, the LCGT Collaboration: "Large-scale cryogenic gravitational wave telescope(LCGT)"Prog.Theor.Phys.. S151. 221-225 (2003)
• [文献書誌] 三尾典克: "レーザー干渉計による重力波検出"O plus E. 26巻1号. 29-35 (2004)
• [文献書誌] T.Takeno, S.Moriwaki, N.Mio: "Development of a high-power and stable laser for large-scale cryogenic gravitational wave telescope"Class.Quantum Grav.. 21. S881-S886 (2004)
• [文献書誌] 三尾典克(分担執筆, 編者3名, 著者10名): "宇宙を見る新しい目(日本物理学会[編])"日本評論社. 24(223) (2004)