レーザー干渉計型重力波検出器TAMA300のパワーリサイクリング IX (検出器改良)
国立天文台、東大理A、東大宇宙線研B、東大新領域C、大阪市大D、電通大E、通総研F、The TAMA Collaboration

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

TAMA300

PSJ 2003/09/12

内容
干渉計実験の現状
リサイクリング→観測→干渉計高感度化
干渉計の雑音同定
Injection Lock 制御系の更新
制御サーボ回路計の更新
干渉計感度への影響
Injection lock loop の雑音の干渉計への寄与
干渉計感度の現状
最新スペクトル感度
Binary Range
干渉計感度履歴
今後とまとめTAMA300

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干渉計実験の現状(1)
リサイクリング実験（2001.12 ~）リサイクリングゲイン4.5
散射雑音領域高感度化（周波数安定化・強度安定化・散乱光）
干渉計鏡の全自由度姿勢制御
観測 DT7(2002.8~9)、DT8(2003.2 ~ 4)
リサイクリングで1000時間観測
Duty Cycle 81.3%（FPMIとかわらぬ安定度）
検出効率の向上（3倍）-12

Displacement noise [m/rHz]

10干渉計高感度化（ノイズハンティング）

2001/06/02 FPMI NB ASC (DT6)
2003/02/20 PRFPMI BB ASC (DT8)-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910

110TAMA300

210310Frequency [Hz]410510PSJ 2003/09/12

干渉計実験の現状(2)雑音同定の現状-710

Displacement noise level of dLShot + detection system noise
Modulation noiseLaser frequency noise
Laser intensity noise
Seismic noise
Alignment noisedl- feedback noisedl+ feedback noisedL- filter noise

Displacement noise [m/rHz]-910-1110-1310-15

10-1710-1910-21

10010110210310

410510Frequency [Hz]TAMA300

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Injection lock 制御系の更新(1)干渉計光学設計

10W Injection lock
Nd:YAG レーザー
10m リング型モードクリーナー
300m Power-recycled FPMIレーザー

300m cavity

主干渉計

300m cavity

Power recycled FPMI

モードクリーナー
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Injection lock 制御系の更新(2)旧 Injection lock サーボ
制御系の動作不安定性
制御サーボ回路の‫ܚ‬音特性
Injection lock サーボの更新
動作の安定化
回路系の低雑音化

20 MHzInjection lockcontrol filter
Fiber LDYAG

LD pumped
10W laser
20MHzNPRO700 mW
EOM

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Injection lock 制御系の更新(3)ライン状雑音の低減@数100~3kHz-16

Displacement noise [m/rHz]

10-17

10-18

10

Injection lock servo test
2003/07/07 Sony servo
2003/07/07 New servo

バイオリンモード

-1910

2

10
TAMA300

310
Frequency [Hz]410

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Injection lock 制御系の更新(4)Injection lock loop の雑音スペクトルの干渉計雑音への寄与(1)Injection lock loopから主干渉計 L- への雑音の混入
カップリングeとする

Injection lock 制御系

ピークをたてることによる雑音レベルの推定

Ainjvsum,inj

Finj2
Finj1

dxinj
dxinj,sdx L-Verr,inj

Hinj
edx L-,sVerr,L-

HLAL-

FL-

主干渉計 L- 制御系
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Injection lock 制御系の更新(5)Injection lock loop の雑音スペクトルの干渉計雑音への寄与(2)-1110Contribution of Injection lock loop
IFO sensitivity (2003/7/7)-12

Displacement noise [m/rHz]

10-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910-2010

1

10TAMA300

210310Frequency [Hz]410510PSJ 2003/09/12

干渉計感度の現状(1)

到達変位感度レベル
8 x10-19[m/Hz-1/2]@1.5kHz
4 x10-17[m/Hz-1/2]@100Hz-1010

2001/06/02 FPMI NB ASC (DT6)
2003/02/20 PRFPMI BB ASC (DT8)
2003/08/16 PRFPMI NB ASC (Latest)
Phase2 Theoretical limit-11

Displacement noise [m/rHz]

10-12

10-13

10Narrow band
アラインメントフィルター

-14

10-15

10-16

10-17

10-18

10

Injenction lock servo
更新-20-191010

110

TAMA300

2

103リサイクリング（周波数安定化・強度安定化・散乱光対策）

10
Frequency [Hz]410510PSJ 2003/09/12

干渉計感度の現状(2)Expepcted Binary Range (SNR=10, Optimal source direction)70
2001/06/02 (DT6)
2003/02/20 (DT8)
2003/08/16 (Latest)

60

Observable Distance [kpc]4.3Msolar - 63.8kpc

50

リサイクリング

40

1.4Msolar - 41.1kpc
10Msolar - 38.1kpc

30200.5Msolar - 18.9kpc
100-1

10TAMA300

234

5 6 7 8902

3410
Member star mass [Msolar]

5 6 7 8 912

10

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干渉計感度の現状(2)Expepcted Binary Range (SNR=10, Optimal source direction)70
2001/06/02 (DT6)
2003/02/20 (DT8)
2003/08/16 (Latest)

Observable Distance [kpc]6050

リサイクリング

40

1.4Msolar - 41.1kpc
10Msolar - 38.1kpc

30
200.5Msolar - 18.9kpc
10Narrow band
アラインメントフィルター

0-1

10TAMA300

4.3Msolar - 63.8kpc

2345 6 7 89

023410Member star mass [Msolar]

5 6 7 8 912

10

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干渉計感度の現状(3)
感度履歴
-11

10

Feb. 14, 1999
Sep. 3, 1999
Oct. 15, 1999
Mar. 16, 2000
Sep. 4, 2000
June. 2, 2001
Aug 16, 2003
Phase2 limit-1210Strain sensitivity [1/rHz]

-13

10-14

10-15

10-16

10-1710-1810-1910-20

10-2110-2210

110TAMA300

210310Frequency [Hz]410510

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まとめ干渉計感度の現状
リサイクリングによる散射雑音レベルの改善
狭帯域アラインメントフィルタによる100Hz帯域感度の向上
インジェクションロックサーボの更新によるライン状雑音の低減→8 x10-19[m/Hz-1/2]@1.5kHz→4 x10-17[m/Hz-1/2]@100Hz
今後

100Hz~1kHz帯域での感度向上
未知の雑音源の同定と低減
低周波防振(Seismic Attenuation System)の導入

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