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開始行:
* 低温光共振器を用いたレーザー周波数安定化 [#n37f6386]
このプロジェクトでは、究極の周波数安定度を持つレーザー光...
高安定なレーザーは重力波検出器にとって必須となるだけでな...
光周波数標準の進展にも重要な役割を果たす。
#contents
** 背景 [#oa53baf3]
本研究では新世代の光周波数標準として期待される光格子時計...
ために、その鍵となるプローブレーザーの周波数安定度を従来...
ることを目指す。現在、光格子時計の周波数安定度は、原子集...
量子揺らぎよりも、プローブに用いられるレーザーの安定度に...
いる。そのため、現在得られている周波数安定度は光格子時計...
きく下回ったものとなっている。そこで本研究では1秒間のアラ...
10^-17という安定度を持つプローブレーザーの開発を行う。我...
出器の開発で得られた低振動低温環境実現技術を活用し、低温...
器によって、従来周波数安定化の壁であった熱雑音を低減し、...
このようなレーザーを用いることで、約100秒という極めて短時...
時計の理論的性能である10^-18の安定度が実現可能になる。
[[研究背景の詳細>CryoCavityBackground]]
** 研究計画 [#gfd4b49c]
本研究では18K以下まで冷却されたシリコン製光共振器を製作す...
に入射するレーザーの波長は1396nmである。これを第二次高調...
共振器に入射されたレーザーはPound-Drever-Hall法でロックす...
には二台の安定化レーザーの相対変動を測定する必要があるの...
は二台製作する。サファイア共振器の冷却には重力波検出器用...
動の冷凍機を用いる。地面振動の影響を避けるために、共振器...
ンセルする特別な支持法で保持され、熱膨張による長さ変動を...
安定化される。
*** 実験装置概要 [#wc4d9097]
本研究で製作する周波数安定化システムの概要を下図に示す。...
ザーの周波数と光共振器の共振周波数はPound-Drever-Hall(PDH...
較され、その差が周波数アクチュエータにフィードバックされ...
よってレーザーの周波数安定度は低温光共振器の長さ安定度と...
#ref(ExperimentalSetup.png)
*** プレ安定化レーザー [#l19a2356]
本システムのレーザー光源は波長1396nmの外部共振器半導体レ...
(ECDL)である。ECDLの自然な線幅は大きいので、そのままでは...
温光共振器にロックするのが難しい。そのため、プレ安定化を...
は、リング型光共振器を透過させて空間モードのクリーニング...
定化を同時に行う。また、光の強度雑音は周波数制御に対する...
ならず、低温光共振器の内部ロスを介して温度揺らぎを発生さ...
プレ安定化レーザーでは強度安定化も行われる。プレ安定化レ...
は、光変調器を用いた周波数アクチュエータによって可変とす...
*** 低温真空槽 [#t671e089]
周波数の基準となるシリコン光共振器は下図に示されるように...
真空槽内に設置される。真空槽内は低温重力波検出器用に開発...
振動パルス管冷凍機[2]で冷却される。また、冷却ヘッドと共振...
持ちつつ振動の伝達を抑えた、純アルミ製のヒートリンクで接...
からの熱輻射流入を防ぐためにレーザー光は赤外線遮断型の窓...
され、直接光共振器を見込まないように迂回される。これらの...
はすでに低温プロトタイプ重力波検出器CLIOにおいて有用性が...
#ref(CryostatCutSmall.png)
*** シリコン光共振器 [#g86a4070]
光共振器本体はシリコン製のスペーサーに、シリコン製の高反...
プティカルコンタクトすることで製作される。スペーサーの形...
法のデザインは、振動と共振器長の変化のカップリングを決め...
わなければならない[4]。
光共振器は温度変動を抑えるために多重の熱シールドに囲まれ...
制御による温度安定化がなされる。要求される温度安定度は1Hz...
ル密度で1nK/rtHzであり、温度安定化システムの設計も本研究...
*** 安定度評価 [#n6dc70d3]
本研究で製作されるレーザーは世界最高の安定度を持つこと に...
安定度を評価する唯一の方法は独立な安定化レーザーを二台用...
ビートを取ることである。そのため、本研究では同じ安定化シ...
作する。
*** 雑音見積り [#a70593ef]
この周波数安定化システムの原理的雑音の予想スペクトルをプ...
下図左である。これらの雑音から予想されるアラン分散は右図...
10^-17が達成される。雑音スペクトルを見ると、0.1-10Hzの全...
因の弾性変形による共振器長変動が支配的な雑音となっている...
らに低減するオプションとして、LCGT向けに開発中の低温能動...
導入することが考えられる。これは、Hexapod支持された六自由...
テージと低温動作可能な加速度計を組み合わせて地面振動をフ...
打ち消すものであり、ヒートリンクを通じて伝わってくる冷凍...
消すことができる。コーティング熱雑音を測定する際は、15Kま...
ム径を絞ることで熱雑音レベルを地面振動雑音より大きくする。
&ref(Standard1-Noise.png); &ref(Standard1-AllanVariance.p...
** 参考文献 [#w4366107]
[1] R.W.P. Drever, J.L.Hall, et al, '''Appl. Phys. B''', ...
[2] Y. Ikushima et al., '''Cryogenics''' ''48'' (2008) 406
[3] S. Miyoki, et al., '''Class. Quantum Grav.''', ''23''...
[4] J. Millo, et al., '''Phys. Rev. A''', ''79'' (2009) 0...
** [[実験計画>InternalCryoCavityPlan]] (内部向け) [#t0520...
終了行:
* 低温光共振器を用いたレーザー周波数安定化 [#n37f6386]
このプロジェクトでは、究極の周波数安定度を持つレーザー光...
高安定なレーザーは重力波検出器にとって必須となるだけでな...
光周波数標準の進展にも重要な役割を果たす。
#contents
** 背景 [#oa53baf3]
本研究では新世代の光周波数標準として期待される光格子時計...
ために、その鍵となるプローブレーザーの周波数安定度を従来...
ることを目指す。現在、光格子時計の周波数安定度は、原子集...
量子揺らぎよりも、プローブに用いられるレーザーの安定度に...
いる。そのため、現在得られている周波数安定度は光格子時計...
きく下回ったものとなっている。そこで本研究では1秒間のアラ...
10^-17という安定度を持つプローブレーザーの開発を行う。我...
出器の開発で得られた低振動低温環境実現技術を活用し、低温...
器によって、従来周波数安定化の壁であった熱雑音を低減し、...
このようなレーザーを用いることで、約100秒という極めて短時...
時計の理論的性能である10^-18の安定度が実現可能になる。
[[研究背景の詳細>CryoCavityBackground]]
** 研究計画 [#gfd4b49c]
本研究では18K以下まで冷却されたシリコン製光共振器を製作す...
に入射するレーザーの波長は1396nmである。これを第二次高調...
共振器に入射されたレーザーはPound-Drever-Hall法でロックす...
には二台の安定化レーザーの相対変動を測定する必要があるの...
は二台製作する。サファイア共振器の冷却には重力波検出器用...
動の冷凍機を用いる。地面振動の影響を避けるために、共振器...
ンセルする特別な支持法で保持され、熱膨張による長さ変動を...
安定化される。
*** 実験装置概要 [#wc4d9097]
本研究で製作する周波数安定化システムの概要を下図に示す。...
ザーの周波数と光共振器の共振周波数はPound-Drever-Hall(PDH...
較され、その差が周波数アクチュエータにフィードバックされ...
よってレーザーの周波数安定度は低温光共振器の長さ安定度と...
#ref(ExperimentalSetup.png)
*** プレ安定化レーザー [#l19a2356]
本システムのレーザー光源は波長1396nmの外部共振器半導体レ...
(ECDL)である。ECDLの自然な線幅は大きいので、そのままでは...
温光共振器にロックするのが難しい。そのため、プレ安定化を...
は、リング型光共振器を透過させて空間モードのクリーニング...
定化を同時に行う。また、光の強度雑音は周波数制御に対する...
ならず、低温光共振器の内部ロスを介して温度揺らぎを発生さ...
プレ安定化レーザーでは強度安定化も行われる。プレ安定化レ...
は、光変調器を用いた周波数アクチュエータによって可変とす...
*** 低温真空槽 [#t671e089]
周波数の基準となるシリコン光共振器は下図に示されるように...
真空槽内に設置される。真空槽内は低温重力波検出器用に開発...
振動パルス管冷凍機[2]で冷却される。また、冷却ヘッドと共振...
持ちつつ振動の伝達を抑えた、純アルミ製のヒートリンクで接...
からの熱輻射流入を防ぐためにレーザー光は赤外線遮断型の窓...
され、直接光共振器を見込まないように迂回される。これらの...
はすでに低温プロトタイプ重力波検出器CLIOにおいて有用性が...
#ref(CryostatCutSmall.png)
*** シリコン光共振器 [#g86a4070]
光共振器本体はシリコン製のスペーサーに、シリコン製の高反...
プティカルコンタクトすることで製作される。スペーサーの形...
法のデザインは、振動と共振器長の変化のカップリングを決め...
わなければならない[4]。
光共振器は温度変動を抑えるために多重の熱シールドに囲まれ...
制御による温度安定化がなされる。要求される温度安定度は1Hz...
ル密度で1nK/rtHzであり、温度安定化システムの設計も本研究...
*** 安定度評価 [#n6dc70d3]
本研究で製作されるレーザーは世界最高の安定度を持つこと に...
安定度を評価する唯一の方法は独立な安定化レーザーを二台用...
ビートを取ることである。そのため、本研究では同じ安定化シ...
作する。
*** 雑音見積り [#a70593ef]
この周波数安定化システムの原理的雑音の予想スペクトルをプ...
下図左である。これらの雑音から予想されるアラン分散は右図...
10^-17が達成される。雑音スペクトルを見ると、0.1-10Hzの全...
因の弾性変形による共振器長変動が支配的な雑音となっている...
らに低減するオプションとして、LCGT向けに開発中の低温能動...
導入することが考えられる。これは、Hexapod支持された六自由...
テージと低温動作可能な加速度計を組み合わせて地面振動をフ...
打ち消すものであり、ヒートリンクを通じて伝わってくる冷凍...
消すことができる。コーティング熱雑音を測定する際は、15Kま...
ム径を絞ることで熱雑音レベルを地面振動雑音より大きくする。
&ref(Standard1-Noise.png); &ref(Standard1-AllanVariance.p...
** 参考文献 [#w4366107]
[1] R.W.P. Drever, J.L.Hall, et al, '''Appl. Phys. B''', ...
[2] Y. Ikushima et al., '''Cryogenics''' ''48'' (2008) 406
[3] S. Miyoki, et al., '''Class. Quantum Grav.''', ''23''...
[4] J. Millo, et al., '''Phys. Rev. A''', ''79'' (2009) 0...
** [[実験計画>InternalCryoCavityPlan]] (内部向け) [#t0520...
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