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 XII（検出器改良）
国立天文台、東大天文A、東大理B、東大宇宙線研C、東大新領域D、大阪市大E、電通大F、通総研G、The TAMA Collaboration

佐藤 修一、新井 宏二、高橋 竜太郎、阿久津 智忠A 、辰巳 大輔、常定 芳基、
福嶋 美津広、山崎 利孝、長野 重夫G、安東 正樹B、森脇 成典D、武者 満F、
神田 伸行E、三尾 典克D、川村 静児、藤本 眞克、坪野 公夫B、大橋 正健C、
黒田 和明C、他 The TAMA Collaboration

TAMA300

PSJ 2004/03/30

内容
TAMA300検出器の現状
感度履歴
雑音解析
干渉計高感度化
概要
アプローチ
マイケルソン雑音
オプトメカニカルカップリング起因
変調・復調起因
アクチュエータ起因
制御ループ間のカップリング起因

今後の予定
高感度化
次期観測
高性能防振装置(SAS)の導入

TAMA300

PSJ 2004/03/30

干渉計感度履歴-1110Feb. 14, 1999
Sep. 3, 1999
Oct. 15, 1999
Mar. 16, 2000
Sep 4, 2000
Jun. 2, 2001
Jul. 12, 2003
Nov. 04, 2003
Phase2 limit

-12

10

Strain sensitivity [1/Hz1/2]-1310-14

10-15

10-16

10-17

10-18

10-19

10-20

10-21

10-22

10

110TAMA300

2

10

3

10
Frequency [Hz]

410

510

PSJ 2004/03/30

雑音解析(2003/11/04)-7

10

dL- displacement
Laser frequency noise
Laser intensity noise
Detection+Shot noise
Shot noise
Detection noise
mirror thermal noise Q=3e6
suspensio thermal noise Q=5e5dl- feedback noisedl+ feedback noisedL- filter noise
Alignment noise
Seismic noise

-810]

101/2

Displacement noise [m/Hz-910-10-1110-1210-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910-20100101102

103

10410510Frequency [Hz]TAMA300

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干渉計高感度化
目標
干渉計感度を制限する雑音の同定と理解
100-1kHz帯域での感度向上
Phase2限界感度へ近づけるアプローチ
単純マイケルソン(PRMI)の位相検出雑音
オプトメカニカル・カップリングを介した雑音
変調・復調を介した雑音
アクチュエータ系（コイルドライバ）を介した雑音
コイルドライバ雑音
非線形性

制御ループ間のカップリングを介した雑音
全52制御ループからの寄与

その他

TAMA300

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1/2](2004/1/29)

Displacement noise [m/Hz

マイケルソン干渉計実験
背景「マイケルソン雑音」の存在
数100Hz帯域の主要な雑音源
アプローチ
まずPRMIを高感度化する

-13

10-15

10-1710-1910

110

散射雑音・地面振動のみに制限される

Displacement noise [m/Hz

既にPRFPMIの感度を制限しない領域に到達100HzでのTAMA-Phase2 limitを考慮すると更に高感度化が必要

1/2]

現状

-1310210Frequency [Hz]310

Carrier resonant PRMI
2004/1/15 PO present
2004/01/29 without PO, with WFS
2004/2/05 with the improved filter
2004/2/12 with the modified PD
2004/2/16 after the scattering cleaning

-14

10-15

10-16

10-17102

10TAMA300

PRMI noise (04/01/29)
PRFPMI(03/11/04)-1110341010
Frequency [Hz]510

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]

1/2

背景
無視できない散乱光の存在
リサイクリング導入時(2002)
散乱源を取り除くことで対処

干渉計感度の非定常性(PRMI)アプローチ
雑音の生成機構の理解
解析計算
加振実験による伝達函数の測定

Displacement noise [m/Hz

散乱光実験

FPMI 01/06/02
PRFPMI 02/06/13
PRFPMI 02/08/31-1110-1310-1510-1710-1910

110210341010
Frequency [Hz]510

散乱源の除去迷光・散乱光の適切な処理（ダンパー、バッフル）
後方散乱の低減（光学素子の高性能化、PDダイオード面の表面処理？）
光学素子の最適化（大型化、反射型化）…

地面振動とのカップリングの低減
光検出ポートの防振、防音
光軸のシールド
クリーン化
真空化（?）

両方からのアプローチが必要
TAMA300

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変調・復調に起因する雑音
背景「光」に乗る雑音の存在
周波数雑音・強度雑音 (AF, RF)
RF発信器の雑音
Etc…

Carrier, RFPM-SBs周りのAFおよびRF帯域のSBsとして現れる
Up-, Down-conversion に起因する雑音

解析計算
数値解析

実測データとの重ね合わせ
RF発信器雑音の干渉計雑音への寄与

Displacement noise [m/Hz

アプローチ
雑音の伝搬・散乱機構の理解

1/2]

RF-laser雑音x12MHz

Detector+Shot noise
PRFPMI(2003/11/04)
dspOneArm-1110-1310-1510-1710-1910-2110

110210

34

1010

510

Frequency [Hz]TAMA300

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今後の予定干渉計高感度化
100-1kHz帯域での感度向上
余剰雑音源の理解
次期観測 (DT10)
LIGO-S4との同時観測？
自動化観測システムの長期運用
高性能防振装置(SAS)の導入
2005インストール（予定）TAMA300

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SASの現状と予定
高性能防振装置(SAS)の導入
プロトタイプ実験（東大）
2004 TAMA-SASの一部納品済
2005インストール（予定）TAMA300

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SASへの期待
10Hz以上での改善「地面振動の壁」を低周波側へ

1/2

Displacement noise [m/Hz

低周波全帯域での改善
Unlock回数の低減
干渉計の安定な運転]

10Hz以下での改善「アライメント制御雑音の壁」を低周波側へ
TAMA noise-510-710-910

3m FP prototype(with damping in the air)
3m FP prototype(without damping in vacuum)

-11

10-13

10

Electronics noise-15

10-210TAMA300-110010Frequency [Hz]110210PSJ 2004/03/30

まとめ
TAMA300検出器の現状
5 x10-19[m/Hz1/2] @1kHz
100-1kHzの雑音源は未知
干渉計高感度化
マイケルソン雑音
オプトメカニカルカップリング起因
変調・復調起因
アクチュエータ起因
制御ループ間のカップリング起因
その他
今後の予定
干渉計の高感度化
次期観測
高性能防振装置(SAS)の導入

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