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DECIGO/DPF 用の 周波数安定化光源の開発

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Presentation Transcript

  1. 中村 真大*、松島隆敏、武者満、中川賢一、植田憲一 電気通信大学 レーザー新世代研究センター DECIGO/DPF 用の周波数安定化光源の開発 2008年9月23日  於 日本物理学会 秋季大会

  2. 目的 • 宇宙重力波望遠鏡DECIGOの光源開発 • DECIGO PathFinder(DPF)・・・DECIGO の技術実証機 • DECIGO と DPFの要求性能 DECIGO と DPF の周波数安定度の要求は同レベル まず周波数安定度の目標達成を目指す

  3. レーザー周波数安定化 Not yet... Clear レーザー光 周波数基準 周波数誤差の検出系 レーザー光源 フィードバック系 フィードバック系の 利得と雑音 周波数基準の性能 周波数基準には2方式ある ・ファブリ・ペロー光共振器の共振周波数 ・物質の共鳴周波数

  4. 周波数基準の2方式 振動 レーザー光 ファブリ・ペロー光共振器 光共振のフィネス(S/N)が高い DECIGO要求値の dfを達成 外乱の影響に弱い 宇宙での再現性に疑問 外乱で共鳴中心周波数がゆらぐ 共鳴周波数の安定性が低い 飽和吸収分光 外乱の影響に強い 宇宙での再現性が高い S/Nを向上する必要がある DECIGO要求値の dfを未達成 S/N がF.P.共振器より低い 信号強度の安定性が低い 飽和吸収分光の感度を向上し目標達成を目指す

  5. 前回発表の結果 温調 l = 532 nm 1.75 mW l = 1064 nm 380 mW Dichroic mirror (l = 532 nm) Nd-NPRO λ=1064 nm 最大出力500 mW バルク型 PPLN Beam Dump l/2 PBS 励起光 507 kHz Beam Dump EOM 信号光 ヨウ素セル (10 cm) PBS DBM TEC Free run Lock 波長 532 nm吸収帯より自然幅が細い1 (250 kHz →100 kHz) 波長 515 nm吸収帯で周波数安定化を目指す 1 W-Y. Cheng, et al. Opt. Lett. 27 (2002)571

  6. 実験系 Dichroic mirror (l = 515 nm) l = 1030 nm 70mW l = 515 nm 12 mW Yb-NPRO λ=1030 nm 導波路型 PPLN Beam Dump l/2 80 MHz AM PBS 400 kHz Beam Dump EOM 励起光 AOM 信号光 PBS ヨウ素セル (40 cm) DBM TEC

  7. 実験 (第2高調波発生) Dichroic mirror (l = 515 nm) • ・第2高調波への変換効率が17.1 %に向上(前年0.46 %) • ・多重反射による吸収作用長の延長も可能に l = 1030 nm 70mW l = 515 nm 12 mW Yb-NPRO λ=1030 nm I = 70 mW 導波路型 PPLN beam dump 波長515 nm 最大出力:12 mW 温調 SHG出力の素子温度特性

  8. 実験 (吸収線の観測) l/2 80 MHz AM PBS 400 kHz EOM ポンプ光 Beam Dump AOM プローブ光 PBS ヨウ素セル DBM TEC 波長1030.151706 nm P (71) 45-0 信号強度が最大 線形吸収 飽和吸収 100 GHz 拡大 700 MHz

  9. 結果 (飽和吸収線幅の評価) • 線幅が前回の 3分の1 に狭まった(3.14 MHz → 1.12 MHz) • ⇒ 自然幅は約100 kHz なので更なる狭窄化も可能 線幅の狭窄化には 圧力拡がりの除去が有効 ヨウ素蒸気圧の最適化

  10. DPF 試作機の光源 (光学系) 光源から TEC zz • 鉛直方向・・・光学系の真上に電子機器 • 光学系 ・・・ヨウ素セルを対角に配置 •       光源から光ファイバーで入力 干渉計測系へ WG-PPLN 電子機器 Beam Dump 400 mm PBS 光学系 400 mm EOM TEC FR AOM 鉛直方向 FR Signal Out 光学系 PBS 400 mm

  11. DPF 試作機の光源 (周波数オートロック) レーザー光 吸収分光の光学系 NPRO光源 • ・マイコン (or FPGA)による完全な自律制御 • ・周波数ロック外れの自動検出 • ・同様の系をアセチレン安定化レーザーで構築し動作確認済 飽和吸収信号 線形吸収信号 フィードバック系 ゲイン制御 H8マイコン 線形吸収+飽和吸収 レーザー周波数掃引 周波数オートロック系 ロック外れ検出

  12. DPF 試作機の光源 (性能評価) • 通総研の光コム( df / f≦ 10-15 )を用い • レーザー周波数の安定度を評価する 周波数安定化レーザー λ=1030 nm フェムト秒レーザー光コム Mode-Locked Ti3+:Al2O3 df / f≦ 10-15 周波数軸上で等間隔に並んでいる 独立な2台のレーザーの beat 信号スペクトル 周波数安定度の評価

  13. まとめ 結果 • ・導波路型の波長変換素子を用いて • 17.1%の高い変換効率で第2高調波を発生させた • ・ヨウ素の515 nm 吸収線幅の評価を行ない • 線幅が前年の3分の1 に狭まったと確認した • ・吸収信号の S/N を改善し、周波数ロックを掛ける • ・DPFの安定化光源の試作機を製作し、 • 周波数安定度、機械的信頼性などの評価を行う 予定

  14. ご清聴ありがとうございました