レーザー干渉計型重力波検出器
TA M A 300のパワーリサイクリング Ⅲ
国立天文台，東大理A，東大宇宙線研B，東大新領域C，阪市大D，電通大E，TAMA CollaborationF

新井宏二，佐藤修一, 長野重夫, 高橋竜太郎, 辰巳大輔, 常定芳基, 安東正樹A,
森脇成典C, 武者満E, 神田伸行D, 川村静児, 福嶋美津広, 山崎利孝, 三尾典克C,
藤本眞克, 坪野公夫A, 大橋正健B,黒田和明B, 他TAMA Collaboration

In tro d u ctio n● TAMA300のpower recycling (2001/10~)● 目的
Recyclingにより感度を向上 ⇒ 観測

● 現状
2001/12 Recyclingした干渉計の動作に成功(Plaser=1W)
2002/4
2002/8高出力レーザー(Plaser=9W)を用いた動作に成功
TAMA300ベスト感度の更新
変位雑音 dx=1.0x10-18 m/√Hz⇒ 歪み感度 h=3.3x10-21 /√Hz

2002/8/31-9/1 Data Taking 7 (LIGO, GEOとの同時運転)
連続ロック

8時間以上

現在の取り組み:
さらなる感度の向上を図っている

干渉計型重力波検出器T A M A 3 0 0● 基線長300mのFabry-Perot-Michelson干渉計
国立天文台三鷹キャンパス● プロジェクトの目的近傍銀河でのイベントを検出可能な実証型検出器の開発
将来のkm 級干渉計のための技術開発
Designed sensitivity ~ hRMS = 3 x 10-21 @300Hz (BW300Hz)

TAMA300 site
Bird’s view

SuspendedMirrors

300m lengthvacuum tube

これまでのT A M A 3 0 0 検出器開発
1995
1996

Recombine I
98/5 - 99/1

1997

Mode Cleaner
97/4 - 97/12300m
FP cavity

10W Laser

Mode Cleaner+ 10W Laser
98/1 - 99/1

300m
FP cavity

Recycling I
01/10 - Present

Project started
Facility construction
completed
Vacuum systemcompleted

1999/8
Data Taking 111h
1999/9
Data Taking 231h
2000/4
Data Taking 313h
2000/8,9 Data Taking 4 167h
2001/3
Data Taking 5 111h
2001/8,9 Data Taking 6 1038h

2001/10 Recycling experimentstartedOne Arm
97/8 - 98/4 2001/12 Recycling locked

10m
Mode Cleaner

2002/8-9 Data Taking 7

Recombine II
Recombine III

99/2 - 00/600/9 - 01/925h

光学系および制御系● ロック用の光路長制御● Test massのアラインメント制御● 観測用の光路長制御
10mモードクリーナ
10W Injection-locked
Nd:YAG laser
15.235MHz

アラインメント
制御系
LOCK

δL2

QPDs
Gouy phasetelescopes

OPR

300m干渉計
Faraday Rotator

EOMs

11.97MHzδl+ fx3
δl− fx3

3倍波
復調系
LOCKOPR

δl−δL+OPR
LOCKOPR

δL−
δL1

QPDs

アライン
メント
制御系

Gouyphasetelescopes

ピックオフ
信号取得系

光学系および制御系● ロック用の光路長制御● Test massのアラインメント制御● 観測用の光路長制御
10mモードクリーナ
10W Injection-locked
Nd:YAG laser
15.235MHz300m干渉計
Faraday Rotator

EOMs

11.97MHzδl+ fx3
δl− fx3

3倍波
復調系
LOCK

δL−
δL1
ピックオフ
信号取得系

LOCK

光学系および制御系● ロック用の光路長制御● Test massのアラインメント制御● 観測用の光路長制御
10mモードクリーナ
10W Injection-locked
Nd:YAG laser
15.235MHz

アラインメント
制御系
QPDs
Gouy phasetelescopes

300m干渉計
Faraday Rotator

EOMs

OPR
11.97MHz
QPDs

アライン
メント
制御系

Gouyphasetelescopes

ピックオフ
信号取得系

光学系および制御系● ロック用の光路長制御● Test massのアラインメント制御● 観測用の光路長制御
10mモードクリーナ
10W Injection-locked
Nd:YAG laser
15.235MHzOPR300m干渉計
Faraday Rotator

EOMs

11.97MHzδl+ fx3

3倍波
復調系
OPR

δl−
δL+OPROPR

δL−

動作の安定度● 最長連続動作時間：8時間38分

Power
Fluctuation [%]Transmittedlight level [a.u.]

3.0
2.5
2.0
1.58h 38m

minavgmax

1.0
0.5
0.0
3.0
2.0
1.0
0.0
21:00 22:00 23:00
2002/08/31

0:00

1:00

2:00 3:00 4:00
2002/09/01

5:00

Time

短期(〜3 sec)パワー変動はσ〜1 %パワーの長期ドリフトが見られる⇒ アラインメント制御の効果⇒ さらなるドリフト制御・アラインメント制御の必要性

干渉計の感度● 変位雑音レベル
Displacement noise level of TAMA300(August, 31 2002)

-7

10-8

2001/06/02 without Recycling
Plaser = 5W

10-9

10
1/2

Displacement noise [m/Hz ]-1 0102002/02/13 with Recycling
Plaser=1W-1 1

10-1 210

2002/08/31 with Recycling
Plaser=9W-1 310-1 410-1 510-1 610-1 710-1 810

Phase2 limit-1 910-2 010100101102103104105Frequency [Hz]1.0x10-18 m/Hz1/2@1kHz 〜 リサイクリングによる感度の改善

干渉計の感度● 変位雑音レベル
Displacement noise level of TAMA300(August, 31 2002)-710-810-910
1/2

Displacement noise [m/Hz ]-1 010-1 110-1 210

2002/06/13 (Recycling1)-1 310-1 410-1 510-1 610-1 710-1 810

2002/08/31 (Recycling1)-1 910-2 010100101102103104105Frequency [Hz]高出力レーザー導入後、一時悪化していた雑音〜 周波数安定化・非定常雑音の対処 (＝ 散乱光対策)

散乱光の同定● 光減衰フィルタを使用する手法(Imported from Germany)

光検出ポートにN D フィルタを置き、干渉計に導入される散乱光の量を減衰する。
干渉計
フィルタによる減衰:
出力ポート⇒ 信号の大きさ (s):N D フィルタ

後方散乱⇒ 散乱光量(n ):⇒ 散乱光雑音の大きさ(n /s)：
光検出器

γγ
γ2γ

End Room光学ベンチ上の散乱光⇒ 雑音の原因であると断定・除去
その他、Alignment制御用光学ベンチの散乱光も除去

今後の計画● DT8~ LIGO, GEO干渉計とのフルコインシデンス
2002冬?
● 数100Hz帯での雑音低減
雑音メカニズムの追求● 安定度の向上
アラインメント制御・光軸ドリフト制御● 数kHz帯でのショット雑音レベルを目指す

まとめ● TAMA300のリサイクリング実験◆ 目的：感度を向上し、観測を行う● 高出力レーザーを用いた動作に成功● 感度〜リサイクリングによる感度の更新◆ 変位雑音 dx=1.0x10-18 m/√Hz⇒ 歪み感度 h=3.3x10-21 /√Hz

● 干渉計の安定度◆ 現在の最長連続動作 8時間38分◆ 短期安定度
光量変動 σ~1%◆ 干渉計内光量のドリフトが見られる ⇒今後の安定化● 次期観測DT8〜2002/冬?
◆ LIGO/GEOとのコインシデンス