レーザー光源・安定化 (DPF用光源) 電通大 武者 満○、植田憲一 NICT 細川瑞彦、長野重夫 第5回DECIGO W.S. 2007/4/18@国立天文台 DECIGO,DPF用光源 ・DECIGOの光源要求 λ=532nm、P=10W、df/f=1Hz/√Hz@1Hz 感度実現には必須の値---しかし地上での実現も困難 宇宙動作レーザーも未経験 ・DPF用光源 単なるDECIGOのスペックダウン版では無い ●宇宙空間でのレーザーの動作・安定化試験 (経験を積む) +DECIGOに繋がる技術 ●DPFの為に確実に動作する必要 比較的難易度の低い光源でテスト 光源自体は確実に動作すること 周波数安定度の評価 衛星搭載用光源 DECIGOのスペックダウン版->専用の計画 ・衛星能力 消費電力 サイズ 排熱容量 最低供給能力 全熱を伝導により船外に-表面より放射 ・宇宙動作条件 LD、エレキ系、結晶、ファイバ 耐被曝 機械的安定性 打ち上げ衝撃、運転時、熱的安定性 寿命 LD等、アラインメントのずれ ・冗長系 実験系の心臓部->複数台のシステムの切替 出射直後より全ファイバ系で EOM、isolator、switch等 上記条件よりスペックが決定されるべき DPFの光源デザイン 光源(従来の計画） P=100mW(532nm) df/f >1Hz/√Hz@1Hz ●必要な電力 100mW(SHG)<-2W(fund.)<-5W(LD)<-20W +温調,PZT等 ●排熱 上記パワーの大部分が熱になる DPFの電力供給・排熱能力ではでは困難 現実的な解 100〜200mW @1064nm (光源のみで消費電力が一桁下がる) λ=532nmである必然性?? (200mW-NPROでも全消費電力は20W以上) バックアップ用光源は？ 要求値の検討 ●短共振器長->532nmは必要ない ●DPFの感度限界 周波数雑音>>shot雑音 QuickTimeý Dz TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ• ÅB ●ミッションの目的 各機器の動作確認 安東氏 07春物理学会 光源の安定動作が第一 l=1064nm、P=数10mW、df/f=1 Hz/√Hz@1Hz 周波数安定化の実現に注力 ●光源部に割り当てられる 体積、電力、排熱容量、重量 環境(振動・温度) LPFの光源 NPRO(λ=1064nm) 出力 25 mW 体積 1l 消費電力 10W 衛星搭載仕様 (励起用LDも含む) TESAT spacecom社 http://www.tesat.de/shared/Navig_engl/prod_laser.html TESS(地球観測衛星)とEO3-GIFTS(気象観測衛星)用に開発 QuickTimeý Dz TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇ žÇ½Ç …ÇÕïKóvÇÇ• ÅB QuickTimeý Dz TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇž ǽDžÇÕïKóvÇÇ• ÅB Danzmann氏の発表資料より 周波数安定化 沃素飽和吸収&光共振器 ●光共振器 通常条件下で1Hz/√Hzは達成された A.D.Ludlow et.al Opt.Lett.32(2007)641 QuickTimeý Dz TIFFÅià• èkÇ »ÇµÅj êL í£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇž ǽDžÇÕïKóvÇÇ • ÅB ECLD(698nm) (pre-stabilized) QuickTimeý Dz TIFFÅià• èkÇ »ÇµÅj êLí£ ÉvÉçÉOÉâ ÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈÇž ǽDžÇÕïKóvÇÇ• ÅB F=250000 l=7cm ☆共振器 minusKによる防振、垂直中点支持、短共振器 ---市販 真空槽全体の温調 10-6 Torr、 500μK -->電力が必要 ●DPFの環境 ・衛星内部の振動 4x10-8(m/s2)/√Hz ->1.2x10-3 Hz/√Hz (df/a=3x104 Hz/(m/s2)) 内部振動要求値 周波数雑音限界 振動-周波数変換 ・防振系の開発 --> gが小さい事が有利 ・温度環境--->熱シールド(4重) 容器の温度安定度の軽減 DPF光源の実現性 ◎実質2年の開発期間 耐曝等の検討が必要 宇宙仕様光源開発経験が無い 新たな光源の開発は困難 周波数安定化に注力 ◎衛星のスペックから光源条件の見直し -> 研究目標値の再検討 ・物理的な意義のある観測 ・DECIGOのための各要素技術のtest 供給電力、体積、排熱、振動・温度環境の確認 現在得られていない技術を基にした計画には無理がある DPF光源の再提案(1) ●スペック λ=1064nm、出力100mW、df/f =10〜1 Hz/√Hz (25mW) ●光源 主レーザー 宇宙仕様NPRO (25mW) ・オプション 増幅 YDFA(ファイバ結合増幅)->100mW Pcons=10W LD:150mW--> Pcons =4W+温調 消費電力(計Pcons =20W) ●光共振器を用いた周波数安定化 EOM等の電力消費 ●主目的 宇宙空間での光源、共振器の動作確認 (外環境の影響大) 周波数安定度 (DECIGOへの技術開発) DPF光源の再提案(2) ●波長1.06 or 1.03μm ファイバーで構築 ●Yb-fiberDFB 線幅10kHz,λ=1.03μm, P=10mW 増幅 YDFA 〜100mW ・宇宙線によるbrowning DICOS社 ●全fiberによる系の構築 fiber-DFB EDFA LD LD WDM WDM DFB WDM ISO cavity circulator EOM PD ●目的 光源の安定動作 共振器の評価 coupler 小型 安定 DECIGOに向けて ・光源 DPF用マスタ+pre-amp PPMgOLN+加算 YDFPA 500〜1Wマスター PPKTP 20W 1W 10W injection-locked intra-cavity doubling ・周波数安定化 光共振器 I2 飽和吸収 (l=1030nm) 100mW@532nm 電通大での532nm光発生 NPRO(2W)+PPMgOLN(20mm)で可能 3 0.3 2.5 0.25 2 Pshg[W] H.K.Nguyen IEEE Photon.tech.Lett 18(2006)682 1.5 0.15 1 0.1 0.5 0 0.05 0 2 4 6 8 10 0 12 Pfund[W] Innolight Prometheus 3.5kg(10kg) QuickTimeý Dz TIFFÅ ià • è kǻǵÅj êL í£Év ÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç± ÇÃÉsÉ NÉ`ÉÉǾå©ÇÈ ÇžÇ½ Ç…ÇÕïK óv ÇÇ• ÅB 350x140x340 P>100mW 宇宙で使えるか？ 消費電力は？ Eff (導波路型なら200mW) 0.2
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