PowerPoint プレゼンテーション

LCGTの感度 (1)
- はじめに -
干渉計型重力波検出器の感度
地面振動
地面の振動が鏡を揺らす影響
防振装置、長基線長、静かなサイト
熱雑音 (鏡の熱雑音・振り子の熱雑音)
鏡やその支持系の熱振動
1/2
Noise level [1/Hz ]
レーザー光が光子の集合
であることに起因する雑音
10
10
高出力レーザー、干渉計方式 10
その他の雑音
–18
TAMA
noise level
e
nois
量子雑音 (散射雑音・輻射圧雑音)
10
mic
Seis
高いQ値、鏡などの冷却、
長基線長
LCGT noise budget
–20
Ra
dia
t
–22
Su
ion
pr
es
su
en
re
si
on
th
er
m
al
Shot
sp
–24
10
0
10
1
Mirror t
2
10
Frequency [Hz]
e
nois
hermal
10
3
10
4
残留ガス揺らぎ, レーザー光源, 制御雑音, …
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
1
LCGTの感度 (2)
- 感度曲線 -
LCGT noise budget
–18
1/2
Noise level [1/Hz ]
mic
Seis
10
10
10
e
nois
10
TAMA
noise level
–20
Ra
dia
t
–22
Su
ion
pr
es
su
en
re
si
on
th
er
m
al
noi
t
o
h
S
sp
–24
10
0
10
1
Mirror t
2
10
Frequency [Hz]
se
hermal
10
3
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
10
4
2
LCGTの感度 (3)
- 地面振動 10
1/2
]
地面振動
–4
Displacement [m/Hz
基線長の増加 → 3km
神岡鉱山の静寂な環境
(2桁振動が小さい)
よりよい防振装置
(低周波多段防振, 能動防振)
10
10
10
10
10
TAMA site (Mitaka, Tokyo)
–6
Univ. of Tokyo (Tokyo)
–8
–10
–12
LCGT site (Kamioka, Gifu)
Mt. Tsukuba (Ibaragi)
–14
Kamitakara (Gifu)
10
–18
10
1/2
Noise level [1/Hz ]
3Hzで量子雑音と交差
e
nois
mic
Seis
地面振動のモデル :
10-9 / f 2 [m/Hz1/2]
防振比 : 10-3 / f 10
–20
10
–1
10
0
1
10
10
Frequency [Hz]
LCGT noise budget
2
10
3
Parm =800kW fsig=200 Hz
TAMA
noise level
Ra
dia
t
ion
Su
pr
es
sp
su
en
re
si
on
th
er
m
al
–22
10
–24
10
0
10
1
10
e
nois
Shot
Mirror therm
al
2
10
Frequency [Hz]
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
3
10
4
10
3
LCGTの感度 (4)
- 熱雑音 -
1/2
–18
TAMA
noise level
10
Coatin
g (20K
–20
10
)
Therm
oelast
ic (
er
th
–22
10
Mirror therm
al
20K)
al
m
LCGTでは、
熱雑音は十分低減できる
LCGT
noise level
on
si
en
sp
Su
鏡 : サファイア, 20Kに冷却
Q値: 108
振り子 : サファイアファイバ
10k, Q値: 1.2 x 108
冷凍機 : 低振動型パルス管冷凍機
熱リンク : 純アルミ線
Displacement Noise [m/Hz ]
熱雑音
0
10
1
10
2
10
Frequency [Hz]
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
3
10
4
10
4
LCGTの感度 (5)
- 量子雑音 -
Ra
dia
tio
np
Su
re
sp
ss
en
ur
e
si
on
th
er
m
al
–24
10
0
1
10
10
2
3
15
0
10
0
20
0
17
5
50
2
10
250
225
SE 495
)
2488
4
5
17
5
G)
PR
20
0
um
im
ax
17
5
1
10
225
200
991
10
10
inspiral, SNR=10)
22
5
15
0
10
0
50
o
4
10
I (m
PM
RF
Signal bandwidth [Hz]
122
FP
M
I(
w
ith 246
ou
tP
R,
R
0
15
(SNR 10, 最適方向入射)
mal
10
Frequency [Hz]
10
0
10
240Mpcの観測レンジ
Mirror ther
Detectable distance [Mpc] (1.4M
3
腕共振器フィネス : 1250
PRG : 10
SBG : 10
(基線長 3km, 入射レーザー光 100W)
e
nois
Shot
275
–22
10
観測レンジの等高線マップ
ロス等を考慮して実現可能な値を選択
TAMA
noise level
25
0
1/2
Noise level [1/Hz ]
感度 : ほぼ量子雑音で制限される
条件 : 1.4MO連星合体観測に最適化
–20
10
Parm =800kW fsig=200 Hz
20
0
–18
10
ターゲットに応じて、
干渉計パラメータ (腕フィネス、PRG, SBG)
を最適化
LCGT noise budget
e
nois
mic
Seis
量子雑音
6
10
10
Power on end mirrors [W]
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
5
LCGTの感度 (6)
- Advanced LIGOの熱雑音 -
Advanced-LIGOの熱雑音
1/2
LCGT
noise level
–18
TAMA
noise level
10
Advanced LIGO
–20 Coating (2
0K)
10
on
si
en
sp
Su
Displacement Noise [m/Hz ]
余計なお世話だが…
Advanced LIGOでは、熱弾性効果, コーティングの熱雑音が問題
Thermoelastic (300K)
Therm
oe
er
th
lastic (
mal
20K)
al
m
–22
10
Mirror ther
0
10
1
10
2
10
Frequency [Hz]
3
10
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
4
10
6
LCGTの感度 (7)
- 改訂にあたって –18
10
1/2
Noise level [1/Hz ]
地面振動
より正確な見積もり
クロス周波数の妥当性
Gravity Gradient noise
e
nois
mic
Seis
デザイン改訂にあたって
–20
10
LCGT noise budget
TAMA
noise level
Ra
10
–24
10
0
1
10
–18
10
1/2
Noise level [1/Hz ]
10
e
nois
mic
Seis
量子雑音
狭帯域化の可能性
より高感度化
(観測レンジ → 310 Mpc)
dia
t
ion
Su
pr
es
sp
su
en
re
si
on
th
er
m
al
–22
–20
10
e
nois
Shot
Mirror therm
al
2
10
Frequency [Hz]
LCGT noise budget
–24
10
0
10
4
10
Parm =800kW fsig=200 Hz
dia
t
ion
Su
pr
es
sp
su
en
re
si
on
th
er
m
al
10
3
10
TAMA
noise level
Ra
–22
Parm =800kW fsig=200 Hz
1
10
e
nois
Shot
Mirror therm
al
2
10
Frequency [Hz]
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
3
10
4
10
7
おまけ
- 他の重要な熱雑音 -
熱弾性効果による損失
温度勾配弾性変形
非一様な弾性変形による温度勾配の緩和
に起因した散逸
→ 主に、材質の熱的性質で決まる
線膨張率 : 小さい方が望ましい
熱伝導率 : 大きい方が望ましい
鏡コーティング
面
高反射率鏡面 :
誘電体多層膜コーティング
屈折率の異なる2つの材質
(TAMA : SiO2, Ta2O5)
l/4の厚さで重ねる (約30層)
材質の機械損失よりも大きい
反射面の変動のため、影響が大きい
1/2
鏡コーティング面での機械損失
Displacement noise [m/Hz ]
コーティングの熱雑音
Th
er
mo
ela
–18
10
Coa
ting
sti
c,
Sa
pp
hir
e
TAMA
noise level
30
0K
ther
m
Coa
ting
the
1/Q=
4x10 –4 rmal
, 300
K
al, 2
0K
–20
10
LCGT
noise level
Thermo
ela
stic, Sa
0
10
pphire
1
10
20K
2
10
Frequency [Hz]
LCGT Design meeting (2004年4月9日東京大学山上会館, 東京)
3
10
4
10
8

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