入出射光学系 Input/Output Optics subgroup Current Members S. TELADA (AIST) S. MIYOKI (ICRR) T. UCHIYAMA (ICRR) O. MIYAKAWA (ICRR) N. MIO (U-Tokyo) S. MORIWAKI (U-Tokyo) N. OHMAE (U-Tokyo) K. IZUMI (U-Tokyo) K. SOMIYA (TITech) T. AKUTSU (NAO) E. HIROSE (ICRR) S. NAGANO (NICT) S. SAKATA (UEC) M. MUSHA (UEC) Contact: Souichi TELADA <souichi.telada@aist.go.jp> Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 1
はじめに 入出射光学系の構築 Reference Cavity Pre Mode Cleaner Md Mode Cleaner Mode Matching Telescope Green Laser 補助ロック光源 Output Mode Cleaner Faraday Isolator Photo Detector Beam Shutter Beam Position Monitor/Control High Power Optics Test Intensity Stabilization Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 2
KAGRA 中央実験室 MC 26m Vacuum Chamber Vacuum Pipe Laser Room Front Room Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 3
中央実験室 レーザー部屋 6500 8000 4242.82 Input Optics Table 4.2mx1. RefFP Pre 5m emc MCi(w2.5) MCo(w2.5) ISO / MTR2 3820 PRM(w2.0) PR3 11000 MTR1 7625 Laser1 2.4mx1.2m Laser2 2.4mx1.2m 4570 Air Shower Electronics & Power Supply Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 4
入射光学系 180W Laser Beam Shutter Beam Sampler PD Pre Mode Cleaner Isolator EOM EOM EOM 1 W Optical fiber To Green Laser X To Green Laser Y AOM EOM Mode Cleaner To Wavelength Meter Reference Cavity Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 5
入射光学系 15W Laser Beam Sampler Pre Mode Cleaner EOM 1 W Optical fiber To Green Laser X Reference Cavity To Green Laser Y AOM EOM Mode Cleaner To Wavelength Meter Green Laser Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 6
Reference Cavity 15W Laser Function Laser Frequency Stabilization Lower Frequency Reference Frequency Control EOM OSC (ex.15mhz) Transmission PBS QWP PD DBM Demodulated Sig. FP Cavity Demodulated Signal Servo Filter Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 7
Pre Mode Cleaner PD R=98% 15W Laser EOM R=99.99% Bow-tie Ring Cavity R=99.99% Length Control Transfer function of Cavity 1 0.1 001 0.01 0.001 Function RF Noise Reduction Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 8 freq.
Mode Cleaner 26m Suspended d Mirror for vibration isolation in Vacuum Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 9
Green Laser 補助ロック光源 Arm Cavity Finesse for Green Laser 19 15W Laser Beam Sampler Laser 532 nm 1064 nm Thermal PZT To 3km Arm Cavity 1 W Optical fiber Optical fiber To Green Laser X To Green Laser Y Slow Mid AOD To Wavelength Meter Green Laser Function For Easy Lock Acquire Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 10
R=1870m R=1680m OMC requirement IFO from PRC OMC SR2; R=-2.8m (filtered d ) 11m with junk light (unfiltered) SR3; R=25m Photo-detector (i) 97+% TEM00 transmission (ii) 70+dB 16MHz SB reduction (iii) 40+dB HOM reduction SRM; R=305m to OMMT and OMC (wsrm=4.0mm, wsr2=4.0mcm, wsr3=36mm, witm=35mm, SRC=20deg) (preliminary) Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 11
Faraday Isolator KAGAR で必要なアイソレータ ハイパワー (CW:100W 以上 ) 仕様 大口径 (Φ20mm 以上 ) 低損失 真空仕様 防振の必要性 排熱機構 ビームセンタリングモニター 出射光量調整機能 Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 12
Photo Detector KAGARA では沢山の PD, QPD が必要である PD QPD AF(DC~1MHz) RF(10MHz~70MHz) AF(DC~1MHz) RF(10MHz~70MHz) High power (~300mW) Low power (~ 数十 mw) 強度安定化干渉計制御 ビームモニター High power 干渉計制御 (~100mW) 周波数安定化 Low power 干渉計制御 (~ 数十 mw) 周波数安定化 Low power (~ 数十 mw) Low power (~ 数十 mw) ビームモニターアライメント制御 アライメント制御 Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 13
Beam Shutter KAGRAのレーザーはハイパワーの為 様々な場所で ビームシャッター が必要である これは 安全上の理由と 光学部品保護の意味がある 例えば 干渉計のサーボ制御が外れると 大きなパワーが光検出器に入り 壊れてしまう 光検出器の前にビームシャッターが必要 干渉計の鏡が大きく揺れると 反射されたビームが他の部分に当たり 損傷を起こす 入射光を遮断する必要がある Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 14
Beam Shutter ビームシャッターの要求値 ハイパワー対応 (~200W) 高速応答 ( ミリ秒 ~) 高透過率 ( 開放時 ) 低散乱 ( 閉鎖時 ) 真空対応 ( 一部 ) 数種類のビームシャッターが必要 Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 15
Beam Position Monitor/Control レーザービームは各鏡の中心で反射したい 要所々々で ビームの通る / 反射する位置を記憶して再現したい 例えば CCD カメラで鏡表面を観察し ビームの位置を割り出す 透過 部分反射したビームを四分割 PDで受けて位置を知る 鏡のアライメントをコントロール Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 16
High Power Optics Test 現在 180W レーザーは完成していないが 180W レーザーを導入した時 に 各光学部品に問題がないかを予め検証しておく必要がある 例えば 熱レンズ効果 熱変形等による影響 光学部品のダメージ Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 17
Intensity Stabilization 入射光の強度安定化 2 10-9 [1/rtHz] が必要 KAGRAで必要としている強度安定度を実現するには PDそのもや PD への光の入射方法など マニアックなノウハウが必要で かなり難しい Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 18
まとめ 現在早急にやらなくてはならない項目と 少し時間的に余裕のある項目があるが マンパワー的には非常に足りない状態で 何か ( どれか ) で協力していただけると助かります Dec. 12, 2012 Niigata Univ. IOO meeting 19