第 6 章 TAMA300
6.4 alignment control によるノイズの混入
6.4.5 alignment 制御による noise
ここで、alignment制御がどれだけ干渉計のnoiseに成っているかについて考える。
ただしこの時に注意しなければいけないことがある。mirrorでの lengthから alignmentへの couplingはmirrorへの miscenteringとcoil-magnet actuatorにおいて非対称な力が加わること の2通りあるのだが 、miscenteringによる 混入は mirrorが実際に揺れている量に比例して増え て、coil-magnet actuatorによる混入はmirrorへ加えている角度揺れの feed back量によって決
6.4. alignment controlによるノイズの混入 83
まっている。mirrorへのmiscenteringによる混入をrC,MMC 、coil-magnet actuatorによる混入
をrC,CMAとおく。mirrorの実際の揺れを 、coil-magnet actuatorによって力を加えることに よって揺れている量を
alphaCMとすると、角度揺れから並進方向に漏れる量はつぎのようにかける。
rC,MMC+rCCMACM (6.16)
元々mirrorが揺れている量を0とおくと並進方向に漏れる量は alignment制御の帯域内では
rC,MMC 1
Gangle 0,rC,MMCfeed (6.17)
とかけ、mirrorへの miscenteringによるノイズは十分小さいと考えられる。一方alignment制御
の帯域外では、元々のmirrorの揺れは十分小さいと考えて、
(rC,MMC+rCCMA)feed (6.18)
となる。
上記の測定で測定されたのは rC,MMC+rC,CMAである。現在干渉計の雑音として考えている帯 域は数100Hz〜 数kHzといったalignment制御の帯域よりも十分高い領域なので、miscentering
による混入とcoil-magnet actuatorによる混入とを分離することは行わなかった。またcoil-magnet actuatorの calibrationによって得られているのは rC,MMC+rC,CMAである。
つぎに、FPM干渉計をロックしたときにalignment制御のfeed back電圧のスペクトルSasc[V=pHz]
が得られたときそれがどれだけの変位雑音Dasc [m=pHzになっているかについては次のように なる。
Dasc=
@xM
@v
M;rot,xArot (M = FM1=EM1=FM2=EM2;rot = pitch=yaw) (6.19)
以上の測定から干渉計の変位雑音に対する alignment controlの影響は図6.18のようになった。
84 第6章 TAMA300 Fabry-Perot-Michelson干渉計の制御
time [sec]
図6.1: inline arm cavityの透過光強度。DC powerはphoto detectorの出力。
time [sec]
図6.2: perpendicular arm cavityの透過光強度。DC powerはphoto detectorの出力。inline armと
値が異なるのはperpendicular armの透過光側にはBS control用に光をわけたりしてconguration
が異なるためである。
time [sec]
図 6.3: anti-symmetric port の強度。DC powerは photo detector の出力そのまま。ただし 、0 [V]が入射power最小である。
6.4. alignment controlによるノイズの混入 85
0 10000 20000
0 1 2 3
time[sec]
透過光強度 [V]
図 6.4: perpendicular arm cavityの透過光強度。ただし 、photo detectorの出力の生データであ
る。途中で dataが切れているのはデータロガーのsaveをしているためである。
0 10000 20000
–2 –1 0
time[sec]
dark port [V]
図 6.5: inline arm cavityの透過光強度。
0 10000 20000
–2 –1 0
time[sec]
dark port [V]
図 6.6: anti-symmetric port (dark port)の光の強度
86 第6章 TAMA300 Fabry-Perot-Michelson干渉計の制御
E O M laser
:Quadrant Photo Detector BS
BS
図6.7: 光てこによるBSの orientation control。end mirror側から、beam splitter側への信号の
伝達はアナログ信号光伝送システムを用いる。
10–1 100 101
10–4 10–3 10–2
V/rtHz
frequency[Hz]
unregistered
図6.8: BS pitch orientation control:実線が
制御のあるときで点線が制御の無いとき
10–1 100 101
10–4 10–3 10–2
V/rtHz
frequency[Hz]
unregistered
図6.9: BS yaw orientation control:実線・点
線の定義については pitchと同様。
themal PZT
Fp Ft
Hfpmi
図6.10: thermal loopのconguration。Hfpmiは FPM干渉計のL+ loopの伝達関数。Fp, Ft
はそれぞれ PZT loopと themal loopの servo lterの伝達関数。
6.4. alignment controlによるノイズの混入 87
10–1 10–3
10–2 10–1 100
frequency[Hz]
gain
図6.11: thermal loopの伝達関数
10 20
0 1 2 3
Time[sec]
透過光強度[V]
図 6.12: alignment controlによる透過光の上昇。透過光強度は photo detector の出力[V] の生
データーのままである。
88 第6章 TAMA300 Fabry-Perot-Michelson干渉計の制御
0 100 200
0.6 0.8 1
図6.13: 全自由度alignment control ON/OFFの時のコントラストの変動。縦軸がコントラスト。
横軸は時間[sec]。100secでalignment controlを2自由度(FM2, EM2の pitch)制御を oにし
た。さらに 200secで 2自由度(FM1, EM1の pitch)の制御を oにした。
0 2 4 6
0.9 0.92 0.94 0.96 0.98
図6.14: alignment controlをoにした直後の拡大図。alignment controlが無いと pitchの5 Hz
の共振がよく見られる。
6.4. alignment controlによるノイズの混入 89
laser beam
図6.15: miscenteringによる混入
laser beam
図6.16: coil-magnet actuatorの非対称
性による混入
100 102 104
10–14 10–12 10–10 10–8
displacement[m/rtHz]
frequency [Hz]
図6.17: 干渉計の変位雑音。
90 第6章 TAMA300 Fabry-Perot-Michelson干渉計の制御
100 102 104
10–14 10–12 10–10 10–8
displacement[m/rtHz]
frequency [Hz]
図 6.18: 干渉計の変位雑音に対するalignment 制御の混入。alignment 制御8自由度分の影響に
関して2乗平均を取った。
91