green lock に関するレポート(原案) \subsection{Green Lock} % aso> 担当: 辰巳、新井、長野 %----------------------------------------------------------- % Nagano 案 (1064nm Optical Comb PLL) については % green laser のこの subsection には入れないことにします。 % 麻生さんと長野さんの間で話し合って下さい。 %----------------------------------------------------------- \subsubsection{Green lock の必要性}  Deterministic lock 実現のため、主干渉計のロックシーケンスと関わりなく、腕共振器を非共振状態に保つことを目的とする。 また、green laser に対して finesse = 100 程度の共振器設計をすることにより、ロック・アクイジションの難易度を軽減できることも重要な役割である。 %----------------------------------------------------------- \subsubsection{Green laser に対する要求値} Frequency stability: RMS:    周波数安定度が足りないと、main beam を使ったセンサーへの制御切替が困難 となるので、 main beam に対する共振の半値全幅の 1/10 程度 50 kHz / Finesse /10 = 50 kHz /1450 /10 = 3.5 Hz RMS (500 nm / Finesse /10 = 500 nm /1450 /10 = 34 pm RMS) ただしこれは main beam の揺らぎとの差分に対する要求値。 (Central part は main beam の周波数を基準に mass feedback であるので、green laser との差分のみが問題である。)  Frequency range: offset lock のための shift 量は 200 Hz 程度。 mass への feedback を前提とするが、運用上 freq. feedback でも lock 可能とする には、、、、鏡の RMS 振幅が 1.3 um なので、共振器長の揺らぎは 1.3 um * sqrt(2) = 1.8 um。  3倍の余裕をみると 1.8 um * 3 = 5.4 um = 11 * FSR  FSR の11 倍は 550 kHz 。  Laser Power: PD への入射光量を 1mW と設定。 ざっくりと、入射光学系で 50% loss、出射光学系でも 50% loss と仮定して 10mW / 25% = 4 mW 以上必要とする。  (Modulation freq.): 一応 main beam に使用する f1, f2 とは別の周波数を選定することにする。 TAMA 仕様を踏襲して 15 MHz。 %----------------------------------------------------------- \subsubsection{Green laser に対する共振器設計} 現状では、1064 nm に対する反射率が決まってないので多層膜の設計は不能。 Advanced LIGO の設計 R1 =98.7-98.5 %, R2 =0.999995 --> finesse = 416-480 for 1064 nm R1 (end mirror) = 95%, R2 (input mirror) > 99.9% --> finesse = 120 for 532 nm Advanced LIGO spec. End Test Mass: E0900068-v2 Transmission at 1064 nm 5 ppm +/- 1 ppm Transmission at 532 nm 0.03 - 0.15, goal of 0.05 Input Test Mass: E0900041-v4 Transmission at 1064 nm 0.013 - 0.015 requirement Transmission at 532 nm <0.01, goal <0.001 R1 = 98.7-98.5 %, R2=0.999995 --> finesse = 416-480 for 1064 nm 反射率の許容範囲とフィネス %----------------------------------------------------------- \subsubsection{Lock sequence on green laser lock} 1) 腕共振器を green laser 波長を基準に mass へ feedback して、 共振状態にロック。 予め green laser の周波数をずらして、main beam に対して 1-2 nm offset (Ref.1) lock するように設定する。 FSR = c /2 /L = 50 kHz 50 kHz * (2 nm /532 nm) = 200 Hz 2) main beam を減光した状態 (5W 入射) で、central part をロック。    この時点で、腕共振器は green laser により main beam に対して offset lock 状態である。 3) 2つの共振器に対し、同期して offset を減らす。    offset は、main beam に対する共振の半値半幅が目安。 532 nm /Finesse /2 = 532 nm /1450 /2 = 0.18 nm 4) その後、main beam による L+ 信号へ制御切替し、 完全に offset をゼロにする。 5) 最後に、main beam 入射光量を増光する。 Ref.1: http://gw.icrr.u-tokyo.ac.jp:8888/DocDB/0000/G0900037/001/20090723_offsetlock.pdf %------------------------------------------------------------ %------------------------------------------------------------ \subsubsection{} shot noise は 1.5e-17 m/sqrt(Hz) df = 1.5e-17 m/sqrt(Hz) / 3000 m * 600 THz = 3e-6 Hz/sqrt(Hz) %------------------------------------------------------------ [5] Long-Sheng Ma, Peter Jungner, Jun Ye, and John L. Hall. Delivering the same optical frequency at two places: accurate cancellation of phase noise introduced by an optical fiber or other time-varying path. Optics Letters, 19:1777, 1994. [6] Jun Ye et al. Delivery of high-stability optical and microwave frequency standards over an optical fiber network. J. Opt. Soc. Am. B, 20:1459, 2003.