お茶大理、国立天文台 /Caltech 、東大理、京大人環

次世代重力波検出器のための帯域可変型干渉計のための制御法の実験次世代重力波検出器のための帯域可変型干渉計のための制御法の実験川添史子，佐藤修一，Volker Leonhardt，宮川治，森岡友子，西澤篤志，川村静児，菅本晶夫お茶大理、国立天文台/Caltech、東大理、京大人環重力波研究交流会11/02 2007@本郷

モチベーション • 次世代の重力波検出器には、感度を上げるためRSE 干渉計が用いられる予定 • Adv.LIGO…Detuned RSE • LCGT…Tuned RSE • 自由度の制御が欠かせない • LCGTの制御法の開発 • Adv.LIGO(detuned)のバックアップにも • プロトタイプ干渉計をもちいた制御法の動作確認実験重力波研究交流会11/02 2007@本郷

RSEの制御法 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

ＬｙｌｙＬｘｌｘｌｓｘｌｓｙ 5 つの自由度 • L+ = (Lx + Ly) / 2 • L- = (Lx - Ly) / 2 Ｌｙ • l+ = (lx + ly) / 2 • l- = (lx - ly) / 2 Fabry-Perot 共振器 • ls = (lsx + lsy) / 2 Ｌｘ laser BS PRM Fabry-Perot 共振器 SEM 自由度が増えて非常に複雑な制御になる重力波研究交流会11/02 2007@本郷

制御法のコンセプト • Fabry-Perot 共振器—キャリアと位相変調サイドバンドとのビート • RSE中心部の３つ--- 位相変調、強度変調サイドバンドとのビート • Fabry-Perot 制御信号は高フィネス分おおきい • 中心部にキャリアをもちいないためＦＰと中心部の分離ができる重力波研究交流会11/02 2007@本郷

中心部の制御の工夫 --- マイケルソン部のアシンメトリー強度変調（ＡＭ）サイドバンド : 2δl = nλ(n = 1,2,3…) 往復分位相変調（PM）サイドバンド : 2δl = (2m+1)/2λ (m= 0,1,2…) マクロなアシンメトリーによりマイケルソン部をＡＭはすべて反射、ＰＭはすべて透過ＰＲＭ，ＳＥＭの長さはＰＲＣでは強度変調サイドバンドが共振ＰＲＣ＋ＳＥＣでは位相変調サイドバンドが共振マイケルソンでのＡＭとＰＭの対照的なふるまい  制御信号のカップリングの最小化重力波研究交流会11/02 2007@本郷

制御信号のマトリックス 理論値 (DC) With プロトタイプのパラメーター Fabry-Perot の制御信号は他より大きい. L+ L- l+ l- ls 1 8.0 e-6 -2.6 e-2 6.2 e-4 1.3 e-2 -2.2e-8 1 1.4 e-8 1.3 e-2 2.0 e-8 -4.9 e-2 -1.1 e-4 1 -8.6 e-3 -5.3 e-1 -1.0 e-4 7.6 e-2 1.4 e-3 1 1.1 e-5 -1.5 e-1 -1.2 e-2 1.1 -2.2 e-2 1 BP DP BP(DD) DP(DD) (* ) PO(DD) 混ざってはいるが線形独立. この６つは小さい（ＤＤ）重力波研究交流会11/02 2007@本郷

マトリックス（５，１）成分 ＦＰの共振のピーク • プロトタイプの腕の長さのデザイン時に６０ｃｍほど短くできれば（５，１）成分は１００分の１くらい小さくできたが、スペース的に困難共振器内パワー（A.U.）強度変調サイドバンド制御法による問題ではない周波数重力波研究交流会11/02 2007@本郷

プロトタイプRSE 実験 天文台三鷹キャンパス in 2005 RSEのロックに成功 in 2007 ITMp ETMi mm lens 3rdチェーンバー内重力波研究交流会11/02 2007@本郷

レイアウト＆パラメーター FP フィネス：～100 （ロックデモに特化したデザイン） 4.34m PM：17.25MHz AM：103.5MHz ∞ 6.0m 安定な共振器 5.7m ~90mW Laser 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

インプットテーブルの写真 TRp PD LASER MZ PD PBS OSA L- PD EOM(AM) EOM(PM) l+ PD ¼ λ 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

検出ポートの写真 ls PD DP monitor PBS ¼ λ l- PD Tri PD L- PD To OSA 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

胴のマス ダンピングマグネットエディー・カレント・ダンピングサスペンション２重サスペンションシステム１重ループ２重ループ 30cm Qピッチ:3 Qヨー:7 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

テストマス 電流アクチュエーター用コイル x4 アクチュエーター用磁石 x4 サスペンションシステムDC アラインメント重力波研究交流会11/02 2007@本郷

Lock of the tuned RSE: Lock state State2: l- & l+ locked State3: l-, l+, & ls locked State4:RSE locked State1: l- locked State0: Nothing is locked PM AM LASER BP DP 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

Ｔuned RSEのロック各検出ポートでのDC パワー l+ locked ls locked L+ & L- locked l- locked DP Power（AU） BP PRCgain FPi Power（AU） FPp 10sec Time(sec) 4 0 0&1 2 3 state 0: 制御なし状態1: l- locked 2 : l-, l+ locked 3: l-, l+, ls (central part) locked 4:RSE locked (longest ~15min. disturbed by human activity) 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

2 3 Ｔuned RSEのロック:ロックの確認 PM AM スペアナ at PO, and DP PO DP AM PM 0&1 ( 1: l-2: l-, l+3: central part ) 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

信号マトリックスの測定（プレリミナリー） L+ L- l+ l- ls BP 1 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-2 4.5e-2 1 1.3 e-2 -8.3 e-2 9.7 e-3 -2.8 e-1 -7.1 e-2 1 -3.6 e-1 -1.5 e-1 4.6 e-2 -1.6 e-1 1.6 e-1 1 6.2 e-2 -6.5 e-1 3.3 e-1 9.2 e-1 -3.6 1 DP L+ L- l+ l- ls BP(DD) DP(DD) PO(DD) • デモジュレーションフェーズ・・・取りたい信号を最大にするように合わせる • ソース:３．３ｋＨｚ<<キャビティーポール（２００ｋＨｚ）更なるディスカッションのためには質の高いロックが必要。重力波研究交流会11/02 2007@本郷

信号マトリックスの測定例 L+ L- l+ l- ls BP 1 5.6 e-2 -5.0 e-2 3.5 e-2 1.1 e-2 4.5e-2 1 1.3 e-2 -8.3 e-2 9.7 e-3 -2.8 e-1 -7.1 e-2 1 -3.6 e-1 -1.5 e-1 4.6 e-2 -1.6 e-1 1.6 e-1 1 6.2 e-2 -6.5 e-1 3.3 e-1 9.2 e-1 -3.6 1 DP L+ L- l+ l- ls BP(DD) DP(DD) PO(DD) H-+ H-- D- H++ D+ A- Vout- Vout+ A+ g- F- g+ F+ Vin- *ソースに用いる周波数はＵＧ周波数よりすっと大きい重力波研究交流会11/02 2007@本郷

G アクチュエーター効率の合わせ方レーザー周波数を振ることでアクチュエーター効率に依存することなく同相に振るＢＰ，ＤＰに出てくる信号の比を測定 laser ＥＴＭを同相に振り、ＢＰ，ＤＰにそれぞれ出てくる信号比を保つようにＥＴＭの効率を合わせる G BP Vd DP Vb 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

結果とこれから Ｔuned RSE 干渉計の制御の確認実験に成功した。 • FP 共振器は L+, and L-. • 中心部の３種はダブル mod-demod. 新しく開発された制御法を用いてのＬＣＧＴでのロック・アクイジションのめどがたった。 • これから: • 信号マトリックスの更なるディスカッション (更なる対角化, delocation schemeの可能性, ロック後、検出器としてのショット・ノイズパフォーマンス) • よりよい質（夜間）のロックを用いての信号マトリックスの測定. 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

Delocation scheme 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

Diagnolized signal matrix 重力波研究交流会11/02 2007@本郷

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