KEKB入射器における高精度レーザーアライメントのための500m長レーザー長基線の伝送及び安定性特性			

諏訪田剛#, A), 佐藤政則A), 寺田総一B) , 美野島薫B)�
A) KEK加速器研究施設�
B) AIST計測標準研究部門�
�

Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

第10回日本加速器学会, Aug. 3-5,
2013 @ 名古屋大学	

1	

はじめに�
l

l

l

l

��現在入射器では、次期計画SuperKEKBに向けた入射器増強とその高度化が進行中である.	

��高精度アライメントは入射器の高度化に向けた最も重要な項目の1つである.
先の東北大地震による入射器の被害は甚大で、入射器ビームラインのアライメントは大きく変位したままである. �
2009年度より開始した高精度レーザーアライメントシス
テムが完成し、最大直線部のアライメントに必要な500m長の長基線レーザーの安定化にようやく成功した. 	

Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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2013 @ 名古屋大学	

2	

入射器ビームライン�
• 2本の長直線部からなる電子陽電子入射器(総長600m)• AB直線部�100m、C5直線部�500m• 各直線部の最上流にはレーザー(He-Ne)を設置し 独立してレーザーアライメントをすることができる�
o180 arc
e 1.7 GeV

AB straight section
Sector B
B-8

Laser

B-6

B-7

C-1

C-2

B-5

C-3

AB直線部�
Sector A
B-3

B-4

C-4

Sector C

C5 straight section

Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

C-5

B-1

B-2

C-6

C-7

A-4

C-8

A-2

A-3

1-1

A1 Gun (e -)e- beam1-2

1-3e- beam

1-4e+ TargetLaser

A-1

1-5

1-6

1-7

Sector 1

1-8

2-1

2-2

2-3

2-4

2-6

2-7

2-8

Sector 2C5直線部�

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3	3T-Gun (e -)KEKB入射器の加速ユニット	

QPD�

電子ビーム�

レーザー光軸�

QPD�

光軸管�

加速ユニット�PD�

基本ユニット�Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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4	

加速ユニットの構成�(a)Girder plate

9600

Girder plate
Guide rails

Guide rails

Accelerating structures(b)

Girder plate

Accelerating structures

BeamLaser
Accelerator girder(c)A

A: Beam height
B: Laser height780

1200

B

シリコン光ダイオード(QPD)�

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5	レーザーアライメントの原理 – 二段構え –�
z=0m
Laser

z = 500 m

Initial QPD#1#2

Vacuum window#3
QPD

Last QPD............

Acc. unit#48

Vacuum window• 長基線レーザーアライメント(精度�σ≈100µm)�
レーザー光軸に沿って加速ユニットを直線上に並べる�
• 加速ユニット内アライメント(精度�σ≈50µm)�
加速ユニット内に配列した加速管をレーザートラッカーで�
直線上に並べる�Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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6	

レーザー光学系 – 屈折光学系 –�Wide beam: フレネル
レンズ方式用�BDf300PBS f150

f50

He-Ne Laser
10mW (or 1mW)�

f300
xy軸に沿って並進�

PBSy� f5000

Parallel platex�

xy軸の回りに回転�y�
光軸の角度調整�

Narrow beam:QPD方式用�

x�

光軸の平行移動�f1500

Tsuyoshi Suwada /第10回日本加速器学会, Aug. 3-5,
KEKB:Injector
Linac	beam, Blue : 2013@ 名古屋大学	

RedNarrowWidebeam

7	

21500 × 900 mm

レーザー光学系 – 堅牢な光学架台–�
C5直線部レーザー光学系••

よく枯れたHe-Neレーザーを使ったこと堅牢な架台、大面積の光学架台が肝要

光軸管を真空にする••

スクロールポンプ(1000l/min) 2台
真空度 ~3 [Pa]光軸平行移動用平行平板�
光軸角度調整用レンズf5000�
光学定盤(1500×900×112tmm3)�
鉄架台�
鉄板(1510×500×20tmm3)�
縁切り床面(1510×500mm2)�
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8	

yzz=0mxLaser

光軸のフィードバック制御�
– 入射角度の安定化に必須 –�

Initial QPD

z = 500 m
Last QPD

CCD

ピコステージ上に搭載されたf5000レンズをxy面上で変位させ光軸の入射角度を変化させる�

Detector

Stage controllerPC

光軸の500m終点での0.1mmの変位
à 0.2µradの変位に相当!!�

Oscilloscope

Feedback for the motion control of linear stages through LAN

安定化成功のカギ�
••Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

ピコモーター付ステージ(M-562-XYZ/Newport, �30nm/step)、ドライブシャフ
トをピエゾ素子で回転駆動させる. 基本はメカなので安定度が非常によい�
当初はS社のピエゾステージを使ったがピエゾ素子上でステージを直接動作させるので安定度が足りない(豆腐の上に乗っているよう)第10回日本加速器学会, Aug. 3-5,
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9	始点と終点におけるレーザープロファイル�

光学系直後(z=0)
Wx≈Wy≈29mm(4σ幅)�
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入射器終端(z=500m)
Wx≈21.2mm(4σ幅)	

Wy≈17.8mm�
10	

500m終点に置ける光軸の感度測定�

垂直感度�

水平感度�

光学系直後(z=0)�
Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

入射器終端(z=500m)�

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11	

光軸に沿ったレーザー径の変化�

••ウエスト点を中心として対称的ではないが問題ない程度
伝送途中のレーザー径は可動QPDによる感度計測から算出�

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12	

FB ON/OFF時の光軸安定化連続試験@終端QPD�

終端QPDにおける光軸の安定性測定�
Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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FB On時を拡大�
13	

光軸の安定度分布�
(a)x(b)
y

水平方向�

垂直方向�

xy

X軸方向の光軸安定度分布�
Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

Y軸方向の光軸安定度分布�

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14	

誤差要因のまとめ – 要求精度を満足 –�

機械的要因�
電気的要因�
レーザー要因�
統計的要因�

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15	

まとめ�llll

��現在入射器では、次期計画SuperKEKBに向けた入射器増強とその高度化が佳境に入った.	

��レーザーアライメントシステムの500m長の長基線光軸の安定化がようやく完成し、高精度アライメント作業に貢献している.
今回の成果は、次世代の長距離線形加速器の高精度アライメントのみならず、ダム事業、トンネル構築など長基線を利用する大規模土木事業への貢献が期待できる.
本研究に関し、松井氏(理研)、佐々木氏(SPring-8) には有益な意見を頂きました.�

Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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16	

FB ON時のFBステージの動き@終端QPD�
FBの動作：• Y方向には天井の向きにのみステージを進めている.
• X方向には東側の向きにのみステージを進めている• 逆の動きをみたことがない• 光軸に対し終端QPDは動的に変動しているのか？
FB ON�
Mar19� FB ON再開� Mar30.2013�
Mar04�
Mar15�

[µm]�

Vertical stage
0.83mm/day�

ステージ
オフセット調整�

Laser調整�

Horizontal stage
0.38mm/day�

日時�

Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

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17	

100長直線部 --光軸の安定度分布--�

垂直方向�

水平方向�

X軸方向の光軸安定度分布�
Tsuyoshi Suwada /KEKB Injector Linac	

Y軸方向の光軸安定度分布�

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