高速サンプリング信号検出を利用した超小型絶対重力計の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640417
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 新谷 昌人 東京大学, 地震研究所, 助手 (30272503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大竹 雄次 東京大学, 地震研究所, 助手 (60282729) ; 大久保 修平 東京大学, 地震研究所, 教授 (30152078)
• Keywords: 重力計 / レーザー / 干渉計

Research Abstract

本研究ではこれまで絶対重力計の小型化の阻害要因を再検討し、その結果高速サンプリングを利用して変位検出精度を向上させることにより絶対重力計の大幅な小型化が可能であることを理論的に導いた。本年度はプロトタイプの製作に着手し、波長安定化He-Neレーザーを光源として動作するシステムについて、以下の各要素開発を行った。
1.本体の設計・製作
本体は大きく分けて、投げ上げ装置、干渉計、参照鏡の防振装置、という三つの部分より構成される。これらのうち干渉計の一部と参照鏡は防振されたおもり上に固定される。片持ち梁式の防振系の固有周期は10秒程度であり、これだけでもかなりの地面振動加速度の影響を除去できる。さらに低周波地面振動(周期約7秒の脈動など)の影響を避けるためにおもりを帰還制御し、精度を向上させる。
2.投げ上げ機構の生能評価
絶対重力計の心臓部である投げ上げ機構は、バネで支持されたステージ上の小型コーナーキューブ鏡を数mm投げ上げるものであり、反復動作と投げ上げ高さの再現性が求められる。そこで、モーター駆動のカム機構を考案し、外部よりネットワーク経由で1秒に1回の頻度で投げ上げることに成功した。またバネの張力を調整することにより投げ上げ距離を変えることが可能で、再現性としては2mmの投げ上げ高に対し少なくとも20nm以下の変動(1%以下)であることを確認した。
3.真空容器
重力計本体を収納する真空容器を製作した。投げ上げ機構・コーナーキューブのみならず参照振り子や干渉計全体も収納するものとし、大気の影響を徹底的に排除できることが特徴である。光ファイバーから出射されレンズでコリメートされたレーザー光は真空槽内に窓板を通して入射され、干渉光も同じ窓板から出射され検出される。コリメーターや光検出器などは真空容器のフランジに取り付けられたアルミ板上に固定され一体となっているので、移動時にも光軸調整は不要である。真空度は^<10>{-4}Pa台が得られ、本研究に十分なレベルであった。