DECIGO/DPF 用の周波数安定化光源の開発

中村真大*、松島隆敏、武者満、中川賢一、植田憲一電気通信大学レーザー新世代研究センター DECIGO/DPF 用の周波数安定化光源の開発 2008年9月23日　　於日本物理学会秋季大会

目的 • 宇宙重力波望遠鏡DECIGOの光源開発 • DECIGO PathFinder(DPF)･･･DECIGO の技術実証機 • DECIGO と DPFの要求性能 DECIGO と DPF の周波数安定度の要求は同レベルまず周波数安定度の目標達成を目指す

レーザー周波数安定化 Not yet... Clear レーザー光周波数基準周波数誤差の検出系レーザー光源フィードバック系フィードバック系の利得と雑音周波数基準の性能周波数基準には2方式ある・ファブリ･ペロー光共振器の共振周波数・物質の共鳴周波数

周波数基準の2方式 振動レーザー光ファブリ･ペロー光共振器光共振のフィネス(S/N)が高い DECIGO要求値の dfを達成外乱の影響に弱い宇宙での再現性に疑問外乱で共鳴中心周波数がゆらぐ共鳴周波数の安定性が低い飽和吸収分光外乱の影響に強い宇宙での再現性が高い S/Nを向上する必要がある DECIGO要求値の dfを未達成 S/N がF.P.共振器より低い信号強度の安定性が低い飽和吸収分光の感度を向上し目標達成を目指す

前回発表の結果 温調 l = 532 nm 1.75 mW l = 1064 nm 380 mW Dichroic mirror (l = 532 nm) Nd-NPRO λ=1064 nm 最大出力500 mW バルク型 PPLN Beam Dump l/2 PBS 励起光 507 kHz Beam Dump EOM 信号光ヨウ素セル (10 cm) PBS DBM TEC Free run Lock 波長 532 nm吸収帯より自然幅が細い1 （250 kHz →100 kHz）波長 515 nm吸収帯で周波数安定化を目指す 1 W-Y. Cheng, et al. Opt. Lett. 27 (2002)571

実験系 Dichroic mirror (l = 515 nm) l = 1030 nm 70mW l = 515 nm 12 mW Yb-NPRO λ=1030 nm 導波路型 PPLN Beam Dump l/2 80 MHz AM PBS 400 kHz Beam Dump EOM 励起光 AOM 信号光 PBS ヨウ素セル (40 cm) DBM TEC

実験　（第2高調波発生） Dichroic mirror (l = 515 nm) • ・第2高調波への変換効率が17.1 %に向上（前年0.46 %） • ・多重反射による吸収作用長の延長も可能に l = 1030 nm 70mW l = 515 nm 12 mW Yb-NPRO λ=1030 nm I = 70 mW 導波路型 PPLN beam dump 波長515 nm 最大出力：12 mW 温調 SHG出力の素子温度特性

実験　（吸収線の観測） l/2 80 MHz AM PBS 400 kHz EOM ポンプ光 Beam Dump AOM プローブ光 PBS ヨウ素セル DBM TEC 波長1030.151706 nm P (71) 45-0 信号強度が最大線形吸収飽和吸収 100 GHz 拡大 700 MHz

結果　（飽和吸収線幅の評価） • 線幅が前回の 3分の1 に狭まった（3.14 MHz → 1.12 MHz） • ⇒　自然幅は約100 kHz なので更なる狭窄化も可能線幅の狭窄化には圧力拡がりの除去が有効ヨウ素蒸気圧の最適化

DPF 試作機の光源　（光学系） 光源から TEC ｚｚ • 鉛直方向･･･光学系の真上に電子機器 • 光学系･･･ヨウ素セルを対角に配置 • 　　　　　　光源から光ファイバーで入力干渉計測系へ WG-PPLN 電子機器 Beam Dump 400 mm PBS 光学系 400 mm EOM TEC FR AOM 鉛直方向 FR Signal Out 光学系 PBS 400 mm

DPF 試作機の光源　（周波数オートロック） レーザー光吸収分光の光学系 NPRO光源 • ・マイコン（or FPGA）による完全な自律制御 • ・周波数ロック外れの自動検出 • ・同様の系をアセチレン安定化レーザーで構築し動作確認済飽和吸収信号線形吸収信号フィードバック系ゲイン制御 H8マイコン線形吸収＋飽和吸収レーザー周波数掃引周波数オートロック系ロック外れ検出

DPF 試作機の光源　（性能評価） • 通総研の光コム（ df / f≦ 10-15 ）を用い • レーザー周波数の安定度を評価する周波数安定化レーザー λ=1030 nm フェムト秒レーザー光コム Mode-Locked Ti3+:Al2O3 df / f≦ 10-15 周波数軸上で等間隔に並んでいる独立な2台のレーザーの beat 信号スペクトル周波数安定度の評価

まとめ 結果 • ・導波路型の波長変換素子を用いて • 17.1%の高い変換効率で第2高調波を発生させた • ・ヨウ素の515 nm 吸収線幅の評価を行ない • 線幅が前年の3分の1 に狭まったと確認した • ・吸収信号の S/N を改善し、周波数ロックを掛ける • ・DPFの安定化光源の試作機を製作し、 • 周波数安定度、機械的信頼性などの評価を行う予定

ご清聴ありがとうございました

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