|
本研究では，低温において，コーティング熱雑音の直接測定を高精度かつ迅速に行える装置の開発を行ってきた。重力波初観測以来、重力波天文学は急速な発展を遂げているが、詳細な波形解析によってより多くの情報を引き出すには，検出器の感度向上が欠かせない。100Hz 付近においては，特にコーティング熱雑音が検出器の感度を制限しており、感度を向上させるための障害となっている。コーティング熱雑音は，単に誘電体多層膜を構成する分子の熱振動によるコーティング表面の振動(ブラウン運動) のみならず，屈折率の温度依存性によって熱揺らぎが屈折率揺らぎを生じ，それが反射位相を変調する効果(熱光学雑音) などの重ね合わせとなっている。現在，この問題に対処する様々なコーティング手法が提案されているが，KAGRAのような低温検出器で使えるコーティングを選定するためには，低温における熱雑音特性を評価する必要がある。
本研究では，低温に冷却された2つの光共振器を用いてコーティング熱雑音を測定する装置の設計を進めてきた。光共振器の共振周波数はその長さによって変化するため，熱雑音による共振器長変動を共振周波数の変化として測定することができる。2つの共振器の差動変動を取ることで，レーザー周波数揺らぎの影響を抑えることができる。我々はこの装置において想定される各種雑音源をシミュレーションし，最適な装置構成を設計した。その中で一番大きな問題となるのが，共振器に地面振動が伝わり，弾性変形によって共振器長が変化する効果である。有限要素解析の結果，地面振動を防振する必要性が示されたため，その要求値を満たすような低温防振装置の設計を行った。また，実験装置の構築も進め，入射光学系の構築と，プレ周波数安定化共振器のロックに成功した。
|
