Sapphire for kagra
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 18

Sapphire for KAGRA PowerPoint PPT Presentation


  • 267 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Sapphire for KAGRA. 2012/7/7 東京大学大学院工学系研究科 附属光量子科学研究センター 三尾典克. Core optics of KAGRA. KAGRA は、鏡を冷却するため、サファイアを鏡の基材として用いる. ETMY. f 10cm. Mirrors for Main cavities Initial: Silica Final: Sapphire. Laser. MC1. MC3. ITMY. MT1. PRM. PR2. ITMX. ETMX. MT2. BS. PR3. SR2. MC2. f 37cm.

Download Presentation

Sapphire for KAGRA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Sapphire for kagra

Sapphire for KAGRA

2012/7/7

東京大学大学院工学系研究科附属光量子科学研究センター三尾典克


Core optics of kagra

Core optics of KAGRA

KAGRAは、鏡を冷却するため、サファイアを鏡の基材として用いる

ETMY

f10cm

Mirrors for Main cavities

Initial: Silica

Final: Sapphire

Laser

MC1

MC3

ITMY

MT1

PRM

PR2

ITMX

ETMX

MT2

BS

PR3

SR2

MC2

f37cm

SRM

SR3

大型で良質の単結晶サファイアが必要


Sapphire for kagra

低温鏡の開発

   サファイア 

酸化アルミニウム(Al2O3)

結晶の光学特性(複屈折)の

揺らぎ

直径25㎝、厚さ10㎝、質量20kgの単結晶

ただしa軸結晶

極限的な材料開発が必要

温度を下げると物質の性質が変わる。

常温(300K)で使用される鏡の材料(合成石英)が利用できない。

光学的に透明な単結晶が望ましい。


Requirements for sapphire

Requirements for Sapphire

Sapphire

  • C-axis mirrors (f25cm x t15cm) が必要.

    • 現状で直径22cm、厚さ15cmが最大

  • 吸収係数: < 20 ppm/cm

    • 現状では 50-100 ppm/cm?

    • 常温干渉計では合成石英を用いるが、吸収係数は1ppm/cm以下になっている

結晶の評価を行うため、吸収係数の測定装置を立ち上げた


Sapphire for kagra

微小吸収係数の測定

  • 微小光学吸収

    • 吸収した光による温度変化を測定

      • 温度計を用いる

      • 温度変化による屈折率変化を測定

        • 光路長変化=> 干渉計

        • レーザービームの偏向=> 光熱偏向法

      • 熱収縮による変化

        • 音波の発生=> 光音響測定法

採用した装置を開発


Sapphire for kagra

光熱偏向法

C-axis f: 100 mm x t: 60 mm

(2005)

Z=50mm, 53.4 ppm/cm

Z=40mm, 45.5 ppm/cm

Z=30mm, 47.3 ppm/cm

Z=30mm

Z=20mm, 46.1 ppm/cm

absorption measured at this point where the 2 beams meet

Z=10mm, 54,2 ppm/cm


Sapphire for kagra

Absorbed light power

Sample temperature change

Refraction Index, length chagne

Optical path length change

干渉計@東大

Chopped light is incident on a sample.

120Hz

Signal is lock-in detected.

Lock-in Amplifier

Laser

l:1064nm

Power:10W

Chopper

Sample

BS(R=98%)

BPF

LPF

PD

Drak fringe

15kHz

Mirror

PZT

PZT driver

Filter


Sapphire for kagra

干渉計の概略

Sample

BS

Laser light


Sapphire sample

Sapphire sample

  • C-axis rod (diameter: 10mm, length: 40mm)


Results of sapphire

Results of Sapphire

Measurement in last year

Measurement in this year

80ppm/cm

87ppm/cm

同じサンプルで測定結果は再現されている。

校正の問題が残っているので絶対値の不確かさの評価が不十分


Sapphire for kagra

Sapphire I

LMAで、同時に作成したサンプルの測定を行った=>ほぼ一致している


Sapphire preliminary results

Sapphire: Preliminary results

10 Samples fromCSI have been measured

Name

Absorption [ppm/cm]

preliminary

  • AA149 と P401は小さな吸収係数を実現した。

  • AC150 はとても大きな値を示した?

  • P401 場所により2倍違う?

  • この結果は製造者であるCSに連絡した。


Sapphire for kagra

問題点

  • 現状製造者がCSIに限られている。大きさの制限がある。吸収係数の値も不十分。

  • 今後

    • 大きな C-axis 鏡の実現 (d:25cm x t:15cm) :中国との連携。

    • 品質の改善:吸収の原因が不明。

    • 大型結晶による鏡面研磨の性能評価:Zygoがテスト研磨を行っている。

    • 物性的な側面から掘り下げる必要があるかもしれない。


Sapphire for kagra

ご指導・ご協力をお願いいたします。

ありがとうございました。


Modeling of the signal

Modeling of the signal

Intensity distribution of incident light

Heat Equation

Temperature change in the sample

Beam width>>Thermal diffusion length

Quadrature phase

Change of Index of refraction

Thermal expansion

Numerical simulation date are compared to the experimental ones.

Change of optical

path length

15

15


Sapphire for kagra

Test Sample: BK7

BK7: Standard glass for optics that has rather large optical absorption (10-3-10-4 /cm)

Calculated Temperature Distribution

Radial

Length:40mm, Diameter: 20mm

Temperature changeMax: 0.01℃

0.6mm

0.6mm

End surface: AR coating

16

16

Axis

Laser beam: diameter: 0.1 ㎜


Results of bk7

Results of BK7

40mm

10mm

No sample

  • Two results with different lengths are consistent.

  • Results

    • No sample: -2 pm/W

    • BK7(10mm): 80 pm/W

    • BK7(40mm): 284 pm/W

  • Optical absorption

    10mm: 2230 ppm/cm

    40mm: 2300 ppm/cm


Calibration

Calibration

Comparison with another method

  • A thermistor is attached on a lateral surface of the BK7 sample in order to measure the temperature change of the sample.

  • The difference between the gradient of the temperature change is almost independent of the boundary condition.

Off

On

Off

On

The experimental data and the numerical simulation are consistent.

What causes this discrepancy?

Optical Absorption: 1600 ppm/cm


  • Login