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低温レーザー干渉計 CLIO への WFS の導入

低温レーザー干渉計 CLIO への WFS の導入. 我妻一博 ，新井宏二 A ，宮川治 B ，大橋正健，内山　隆，三代木伸二，寺田聡一 C ，山元一広 D ，黒田和明 東大宇宙線研，国立天文台 A ， California 工科大 B ， 産総研 C ， MaxPlank 研 D. もくじ. CLIO の MC に Alignment Control を導入した 1 ．目的 2 ． MC Alignment Servo Control の構築 　　・ WFS ・ デジタル制御 3 ．ドリフト量の測定結果 　　・ 測定方法 　　・ MC ASC の効果

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低温レーザー干渉計 CLIO への WFS の導入

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Presentation Transcript

  1. 低温レーザー干渉計CLIOへのWFSの導入 我妻一博，新井宏二A，宮川治B，大橋正健，内山　隆，三代木伸二，寺田聡一C，山元一広D，黒田和明 東大宇宙線研，国立天文台A，California工科大B， 産総研C，MaxPlank研D CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  2. もくじ CLIOのMCにAlignment Controlを導入した 1．目的 2．MC Alignment Servo Controlの構築 　　・ WFS ・ デジタル制御 3．ドリフト量の測定結果 　　・ 測定方法 　　・ MC ASCの効果 　　・ 入射光ドリフトとMC透過光ドリフト 4. まとめと今後の課題 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  3. もくじ CLIOのMCにAlignment Controlを導入した 1．目的 2．MC Alignment Servo Controlの構築 　　・ WFS ・ デジタル制御 3．ドリフト量の測定結果 　　・ 測定方法 　　・ MC ASCの効果 　　・ 入射光ドリフトとMC透過光ドリフト 4. まとめと今後の課題 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  4. 目的 背景 • MCの透過光にドリフトが存在する • MCのアラインメント制御が組み込まれていない 考えられるドリフトの原因 • 入射レーザーのビームジッター • MCのアラインメントのドリフト • ステアリング鏡やBSのドリフト 解決策 • MCにアラインメント制御を導入 　　⇒ MCのドリフト対策 　　⇒ MCミラーのモニター 　　⇒ Wave Front Sensor（TAMAのDead Copyにより、迅速に導入が可能） CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  5. Wave Front Sensor Cavity Near Point (Guoy phase = nπ) 光軸回転に感度を持つ QPD Far Point (Guoy phase = nπ+ π/2) 光軸並進に感度を持つ 入射光軸とCavity光軸の差から、鏡の角度変化による Cavity光軸の回転運動と並進運動を見ることのできるセンサー CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  6. Wave Front Sensor MCタンク レーザーベンチ ・ レーザーベンチにWFSを設置 ・ Input Mirrorの透過光からMC光軸をモニター CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  7. Wave Front Sensor CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  8. センサー信号の対角化 各ミラーを独立に操作するため、センサー信号を対角化する Input Mirror Pitch, Yaw Output Mirror Pitch, Yaw MC光軸回転 Pitch, Yaw 6つの自由度を 各Mirrorの動きに 変換する （Matrix変換） MC光軸並進 Pitch, Yaw End Mirror Pitch, Yaw End 透過光Pitch, Yaw CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  9. デジタル制御 ① 3秒に1回、各ミラーの傾きを判別 ② ある敷居値を越えたときに、ある一定量の力を傾きと逆方向に加える制御 1回に返す量 敷居値 LabVIEWを用いたデジタル制御システムを構築した CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  10. LabVIEW Logger の導入 WFS信号、MC各ミラー、QPD1&2&Total、Feedbackを記録できる。(半日動かしたデータ) CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  11. Logger の問題点 その1 1日分の記録に対して6秒の遅れが生じる　⇒　マシンパワーが足りない？ CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  12. Logger の問題点 その2 1Hz Sampling で測定した場合には、0.5HzにAAFを入れているが、0.5Hzで3dBの減衰になっていない。 ⇒ AAFを独立のviとして動かしているため、同期されていないのが原因か？ スペクトルから判断するに、当面はAAF無しでも0.1Hz以下のデータに関しては問題は無さそうではある。 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  13. LabVIEW Logger の問題点と解決策 問題点 • 時間遅れ • AAFの不一致 当面の解決策 • AAFを取り除く ⇒ マシンパワーの確保 それでも時間遅れがある場合には、表示部分を減らす。 AAFをちゃんとやるにはAAFをサーボのメインループに組み込めば良いが、マシンパワーが心配 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  14. もくじ CLIOのMCにAlignment Controlを導入した 1．目的 2．MC Alignment Servo Controlの構築 　　・ WFS ・ デジタル制御 3．ドリフト量の測定結果 　　・ 測定方法 　　・ MC ASCの効果 　　・ 入射光ドリフトとMC透過光ドリフト 4. まとめと今後の課題 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  15. 目的および測定方法 目的 • MC Alignment Servo Controlの効果を確認する • ビームジッターとMCのドリフトでどちらが大きいか比べる • ドリフトの温度変化との関連を調べる 測定方法 • MCタンクの入射前と後にQPDを置き、MC ASCのON, OFFでドリフトがどう変化するかを見る • QPDの近くに温度計を置き、温度変化との関連性を調べる CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  16. 測定方法 ARコーティング窓 の反射光を利用 1Hz Sampling 温度計 QPD 温度計 MCタンク QPD ステアリングミラー 入射レーザー WFS CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  17. Next Goal ==ドリフトの原因究明== • ●目的 : MCドリフトの温度変化との関連を調べる 　　　③ MCの近くでの温度ドリフト 　　　温度計位置：MCの近く • ●目的 : MCのどの鏡が最もドリフトに影響しているか調べる 　　　④ WFS系のドリフト QPD位置：WFSに用いているQPDとMC End QPD • ●目的 : ドリフトが一番大きい場所を見つける 　　　⑤ 各測定ポイントでのレーザードリフト量 QPD位置：MCタンク入射口(②)、MC透過後(①)、MMT各Mirror透過後の2つ、Inlineニア • ●目的 : 各ドリフトの温度変化との関連を調べる 　　　⑥ 各測定ポイントでの温度ドリフト 　　　温度計位置：Inline ニア、Inlineエンド、MCタンク側(③)、光学定盤上シールドの内部の4点 ==ドリフトの干渉計への影響== 干渉計のドリフトに対するロバストさを調べる • ●目的 : 干渉計からの要求値を調べる 　　　（ドリフトをどの程度抑える必要があるかの要求値を 　　　　干渉計側に与える影響から見積もる） 　　　⑦ Inline透過光量の変化（Suggestion from Dr. Grote） 　　　　各ミラー(MC, MMT, Inline N/E)を傾け、 どの程度光軸が変化するかをCalibrateしておき、Inline透過光量を何％以内に保つという条件から制限を付ける CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  18. 温度計 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  19. 測定方法 TH01 QPD_Laser QPD_MMT2 Inline側に 測定系を構築した TH02 QPD_MC WFS QPD_MMT1 TH03 QPD_Near BS TH04 QPD_End CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  20. 測定可能なチャンネル CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  21. MC ASCの動作確認 Servoが正常 に動作 ServoがONの間はWFS 信号を一定に保つように働き、 ServoがOFFになるとドリフトの動きが見える CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  22. 入射光ドリフト と MC透過光ドリフト 入射レーザーのビームジッターの方がMCのドリフトより大きいことが分かった Pitchは動きが 少なかったため 省略 現在、MCの鏡にFeedbackを返しているため、Alignment Servo をONにすると入射レーザーの動きに合わせて鏡を動かす制御になっている。 ⇒ MCは良く機能しており、ドリフトの大きいビームジッターを改善している。 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  23. 別の日の測定（MC ASC ON） CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  24. 温度変化とドリフトの関係 最初の9時間位 ⇒温度変化大 （といっても0.1～0.2度程度） その間のドリフト量の勾配が急 わずかな温度変化でも大きく影響している可能性がある CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  25. まとめ　と　今後 まとめ • WFSを用いたアラインメント制御システムをMCに構築した • 長時間ドリフト測定を行い、ビームジッターがMCのドリフトより大きいことが分かった 今後 • MCドリフトを最小にするにはどこに（レーザー側やMMTなど）Feed backを返すかを考える • Pre MC の導入の検討 • 腕にもWFSを導入し、腕アラインメント制御システムを構築する CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  26. QPD_Laser Totalの飛び問題 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  27. MC PZT fbとQPD_Laser の相関 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  28. 考えられる原因 • 高次モードの発生 • MCを通る偏光モードの発生 • ARコーティングによる影響 • レーザー自体の問題か？ • 途中の光学系か？(FIなど) CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

  29. 終 CLIO meeting @ ICRR based on JPS＠近畿大学

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