干渉計型重力波検出器TAMA300
開発の現状 XX (干渉計開発)
国立天文台，東大天文A，東大宇宙線研B，お茶大理C，東大地震研D，ピサ大E，カリフォルニア工科大F，コロンビア大G，東工大H，情報通研I，東大理J，東大新領域K，阪市大L，電通大M，TAMA CollaborationN
新井宏二，辰巳大輔，高橋竜太郎，和泉究A，我妻一博B，荒瀬勇太A，若林野花C，
福嶋美津広，山崎利孝，石崎秀晴，中川憲保B，高森昭光D，A. BertoliniE，R. DeSalvoF，佐藤修一，麻生洋一G，阿久津智忠A，常定芳基H，長野重夫I，安東正樹J，三代木伸二B，森脇成典K，神田展行L，武者満M，藤本眞克，川村静児，三尾典克K，大橋正健B，黒田和明B，坪野公夫J，TAMA CollaborationN

Overview●低周波防振装置SASを用いた干渉計稼働
TAMA300の短期的目標と現状SAS性能出し・RFPMI干渉計のロック=> done制御系切り替え・感度だし=> not yet

WFS制御トポロジーの更新
同相差動アラインメント制御
方針と設置状況

干渉計構成300m
Fabry-Perot
光共振器
10-W
注入同期
Nd:YAG
レーザー

光てこ

Recycled
Fabry-Perot
Michelson
interferometer

角度変動信号
Wave Front Sensors

10-m
モード

光路長信号

クリーナー

ダークポート（重力波信号）

SAS

TAMA300の短期目標と現状●現在の光学構成での目標
o SASの性能出し
ハードウェアの改良
IP制御のチューニング

o 干渉計安定動作
ロックアクイジション
制御系切り替え・アラインメント制御系

o 全帯域での感度向上の実証
各種雑音対策デジタル制御系雑音対策

o 観測運転観測システム/自動化/自動調整 => AstroWatch

これらを達成=>High-gain recycling/RSEなどが可能に

TAMA300の短期目標と現状●現在の光学構成での目標
o SASの性能出し
ハードウェアの改良
IP制御のチューニング

o 干渉計安定動作
ロックアクイジション
制御系切り替え・アラインメント制御系

o 全帯域での感度向上の実証
各種雑音対策デジタル制御系雑音対策

o 観測運転観測システム/自動化/自動調整 => AstroWatch

これらを達成=>High-gain recycling/RSEなどが可能に

SASの性能●低周波での光路長変動

Displacement fluctuation [m/Hz1/2] or RMS [m]Laser結晶長をリファレンスとした300m FP共振器長変動の測定-5OldSuspension

10-610-710SAS-810PSD RMS(@0.05Hz)
2008/01/28 SAS
1.3 µmrms
2006/08/24 Old Suspension
1.4 µmrms-910-2

10-1

100

10

0.2Hz以上で~1桁のスペクトル改善

110RMS振幅1um台 (0.1-0.2Hzで制限)を実現

Frequency [Hz]

SASの性能●テストマスの角度変動

1/2Angular Fluctuation [rad/Hz ] or RMS [rad]光てこによりローカルな角度揺れを測定

Yaw-510-610Pitch-710-810NM2 Angular motion ~ Free Run
Pitch
Yaw

-910-2

10-1

10010

低周波に変動パワー集中できている
1Hz以上のRMS振幅は10nrad台

110 Frequency [Hz]

干渉計の動作状況●ロック・アクイジション→○●アラインメント制御→△●光路長制御系の切替→×

波浪の状況の悪いとき以外はOK

光てこによる制御
コントラスト・パワーが安定しない=>安定なロックは10分程度

Displacement noise [m/rtHz]

10-10

TAMA300 Displacement Sensitivity(2007/08/31)

10-11
10-12
10-13
10-14

with SAS

10-15
10-16
10-17
10-18
10-19
101

Previoussystem
102

103
Frequency [Hz]104

干渉計の動作状況●ロック・アクイジション波浪の状況の悪いとき以外はOK●アラインメント制御→○→△
TAMA300 Displacement Sensitivity

Displacement noise [m/rtHz]

光てこによる制御
10-10
コントラスト・パワーが安定しない
10-11=>安定なロックは10分程度(2007/08/31)

10-12

10-13
●光路長制御系の切替→×10-14with SAS

10-15
10-16
10-17
10-18
10-19
101

Previoussystem
102

103
Frequency [Hz]104

WFSアラインメント制御のrenewal●アラインメント制御：干渉計自体の光を使いたい●従来のWave Front Sensing：テストマスにフィードバック

Rc=Infinity

QPDs
Gouy phasetelescopes

Rc=9km

15.235 11.97
MHz MHzQPDs

QPDs

Gouyphasetelescopes

問題点
重力波検出の観点: naiveすぎる構成
Degeneracy:
RMとFront Mirrorの動きの区別がつかない
信号のクォリティ: 10Hz付近でWFSが光てこよりうるさい(未解決問題)

同相差動分離アラインメント制御●アラインメント要求値：

ミスアラインメントの組み合わせによって変わってくる
P. Fritschel, et al, Appl. Opt. 37 (1998) 6734

TAMAのdivergence angle、S/N 0.5%変動の許容値
RM+Front Com, FP Diff. ‑> 4x10‑8 rad
その他‑> 5x10‑7 rad 〜 3x10‑6 rad

一番厳しいものと緩いもので100倍も差がある

同相差動分離アラインメント制御●要求値の厳しい自由度⇒

広帯域に制御可能な限りテストマス以外(BS/RM)をアクチュエート

Slow
Slow

QPDs

Fast

QPDs

Fast
Fast

Gouy
phase
telescopes

Dark port WFS x2: End Mirror Differential
Bright port WFS:
他(従来のWFS):
End透過光:Recycling Mirror
End Mirror Common
Front Mirror/ BS FastFastSlowSlow

同相差動分離アラインメント制御の実装

0.810Servo On

0.60.40.20.0Dark port power fluctuation

Light power at the dark port
010-1

10-2

10-3

10-4

10-5

Voltage noise [V/rtHz]

Dark port PD: DC output [V]●Dark port WFS x2の設置 〜FPMIでのテスト

Dark WFS On
Dark WFS Off-6

05

10Time [sec]1510 -1
102001

1010
Frequency [Hz]Dark port光量(コントラスト)の変動を抑えることができた
Recyclingで同様の効果が得るべく調整を進める

102Summary●TAMA300の干渉計動作- 定常的な感度測定には至らず- WFS系の設計と設置を進めている同相差動アラインメント制御
要求値に合わせて帯域を使い分け
Dark WFS x2の設置・テスト中