JASMINE 計画のための
レーザー干渉計型高精度角度・長さ変動モニターの研究開発
丹羽佳人(京大人環・国立天文台) 新井宏二 上田暁俊 (国立天文台)
阪上雅昭(京大人環) 郷田直輝 小林行泰 矢野太平 (国立天文台)
山田良透(京大理)
他JASMINEワーキンググループ
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Motivation
●角度・長さモニターの必要性
スペースでの観測精度監視モニター
地上での望遠鏡の性能テスト用モニター
●開発項目
測定対象
測定手法
システム環境の安定化
●開発における問題点
超高精度
:長さ1nm~10pmオーダー 角度10μarcsecオーダー
長時間連続測定 :10秒から16時間のタイムスケール
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長さ・角度変動モニター
●測定対象:
2つの平面間の相対的な角度変動
JASMINE-light -telescope
テーブルトップ実験のためのモデル
20cm×5cm×5cm
●測定手法:
Wave Front Sensing 法
mirror
共振器型レーザー干渉計を使って
2枚の鏡の微小変動を測定する技術
mirror
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Wave Front Sensing 法
Wave Front Sensing 法の感度
1.差動モードの角度変動
2.同相モードの角度変動
モニターしたい変動量は
3.入射光軸のずれ
1.差動モードの角度変動
独自のアイデア
差動モードの角度変動に対する
感度のみを増幅させるという発想
●システムの安定化:
風除け程度
2枚の鏡の曲率半径を
大きくする
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実験内容
1.モニターのセットアップ
■レーザー干渉計の光学系の設計・組み立て... etc.
2.モニターの動作実験
■モニターしているものが
何の変動か?
アイデアの検証
3.モニターの性能評価
■どれくらいの感度があるのか?
■どれくらいの期間、連続でモニターできるのか?
評価に値する成果
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モニターのセットアップ
実験の光学系
差動モード
Laser
同相モード
Wave - Front
Sensors
Optical
Cavity
EOM
Photo detector
1.2m×0.9mの防振台上に設置
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モニターのセットアップ
0.1m - Optical Cavity
2枚の鏡の曲率半径=20m
PZT actuator×4
Super invar×3
PZT actuator の使用
1.共振器のアラインメント調整
2.人為的に角度変動をあたえる
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モニターの動作実験
●3パターンの変動に対するモニターの感度
1.差動モードの角度変動
3.入射光軸のずれ
2.同相モードの角度変動
差動モード VS 同相モード
VS 入射光軸のずれ
= 85:1
= 20:1
モニターの対象 = 差動モードの角度変動
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モニターの性能評価
●連続動作実験
「長時間に及ぶ “共振器のロック” が必要」
Two feedback loops
■高周波帯域: レーザーのPZT
■低周波帯域:レーザーのThermal
1週間に及ぶ”共振器のロック”に成功 =
共振器長を~1nmで
長時間安定に保つ
1週間の連続動作を確認
Pitch
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モニターの性能評価
●モニターの感度評価
- In time-domain
2パターンの角度変動
Yaw
a. 短周期の変動
~2.5×10-7radpp
Pitch
b. 長期ドリフト
~5.0×10-7radpp/16h
構造体の安定度
2.5×10-8mpp/16h
16hのタイムスケールでの感度 RMS値=
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1.34×10-7 rad = 28mas
モニターの性能評価
●モニターの感度評価
- In spectrum
Yaw方向
Shot noise
Frequency noise
PZT actuator noise
最大感度: 1.0×10-11rad/√Hz@300Hz
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低周波帯での感度は いずれPZT actuator noise でリミットされる
Summary
•JASMINEの観測精度を保証するために
高精度(10pm or 10μas)で連続測定(16h)が可能なモニターが必要
•レーザー干渉計を用いた角度変動測定 - Wave Front Sensing 法 –
•差動モードの角度変動にのみモニターの感度があることを確認
•1週間に及ぶ連続角度変動測定を達成
•現在の測定感度 1.34×10-7radrms/16h = 28masrms/16h
●Future
works
•Rigid Cavity への改良 -アラインメント調節機構の除去
•望遠鏡ジオメトリモニタの開発 - 長さ変動測定
•周波数安定化レーザーの開発
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●望遠鏡ジオメトリモニタ
–プロトタイプ
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●望遠鏡ジオメトリモニタ
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