Transcript 100W

作業部会報告（レーザー）
東大・新領域・物質系 大前宣昭，三尾典克
2010年6月15日-16日 LCGT Face-to-Face Meeting @ICRR
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LCGT用レーザーへの要求
レーザー強度安定化
Input Optics→次のトーク（森脇さん）
2nd MC
FP-cavity
1st MC
Mod.
Mod.
PRM
BS
Laser
SEM
150W
透過率50%
レーザー周波数安定化
75W
FP-cavity
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現行案
注入同期
高出力での単一縦モード発振
高出力での横モード劣化の抑制
パワー増幅器
容易なパワー増幅，制御
PZT
QWP
強度安定化
（励起電流制御）
Nd:YAG rod
quartz rotator
高出力レーザーモジュール
（株）三菱電機 製
熱複屈折の補償の構成
WB-EOM
BW
2W
FI
PBS
EOM
100W
Nd:YAG NPRO
150W
FI
PD
f < 10 kHz
PZT, Crystal Temp.
10 kHz < f < 1 MHz
WB-EOM
周波数安定化
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注入同期型100W Nd:YAGレーザー
•
•
•
•
•
出力：100-110W
単一周波数（l=1064nm）
単一横モード（M2<1.1）
直線偏光（horizontal）
いろいろな実験で使用→ある程度の信頼性．
Nd:YAG NPRO
Master ｌaser
2W
FI
oscillator
EOM
Free (without injection locking)
Laser module
PZT
FI
mixer
Brewster window
PD
Injection locking
100W
Slave laser
Nd:YAG rod
Slave ｌaser
quartz rotator
100Wレーザーでの周波数安定化のテスト
スレーブレーザーの前
スレーブレーザーの後
制御ゲイン300dB
制御帯域1MHz
PZT
Nd:YAG rod
quartz rotator
2W
Reference cavity
Finesse ~ 2900
FSR = 714MHz
Brewster window
Nd:YAG NPRO
FI
EOM
FI
100W
Wideband EOM
EOM
PD
PD
piezo
oscillator
mixer
oscillator
>10kHz
<10kHz
Frequency Stabilization
mixer
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現状の整理
• 現行案で実現できていること．
– 注入同期
• 出力100W
• TEM00
• 直線偏光
– 周波数制御テスト
• UGF~1MHz
– 光学素子のハイパワー対応．
• EOM
– LN：OXIDEのSLN．
– RTP：Raicol（イスラエル）
» A-LIGO用で調査済み．
• FR
– 100W程度なら売ってる．
– どこまで性能を求めるか．
» A-LIGO用で調査済み．
• 現行案で残っていること．
– 増幅器：100W→150W
• お金，場所の問題．
• 原理的には可能だと判断．
– 強度安定化のテスト
• ローパワーではやった．
• 増幅器の後．
• MCとセットでやる必要アリ．
• オプション
– 出力
• 200Wくらいあると得するなら考
える．
– プレモードクリーナー
• 1st MCの代わりにできると，input
opticsのインストールなどで楽．
現行案の修正の可能性
• 現行案
– LCGT：三尾研の固体レーザー
– A-LIGO，A-Virgo：LZH（ドイツ）の固体レーザー
• 将来的には，ファイバーレーザー，ファイバー増幅器
– マスターレーザー
• 現行案：NPRO
• 将来：ファイバーレーザー
– 高出力化
• 現行案：Nd系増幅器，Nd系レーザーでの注入同期
• 将来：Ybファイバー増幅器
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ファイバーによる光源の特徴
• メリット
–
–
–
–
–
–
• 不安な点
横モード制御可能
位置揺れは少ない
低コスト
アライメントフリー
ファイバーで光を運べる
ALLファイバーになればメンテナ
ンスも簡単
– 重力波検出器で使えそうな
100W超の製品は“まだ”ない．
– 信頼性が分からない．
• 雑音特性，長期安定性，寿命
など．
マスターレーザー
増幅器
増幅器
マスターレーザー
MCへ
MCへ
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フランスのグループの動向（IPGとNUFERN）
• A-Virgo
– 最初，IPG photonicsのファイバーレーザーを計画．
– 現行案はLZHの固体レーザータイプ（A-LIGOと同じもの）．
– NUFERNと100Wクラスのファイバーアンプの評価をしてる．
• CLEO/QELS:2010@サンノゼ（USA）2010年5月（GWADWの裏番組）
• 各社の増幅器の製品
– IPG photonics
• 偏光保持，シングルモードで50W
• ランダム偏光，シングルモードで150W
– NUFERN
• 偏光保持，シングルモードで15W
• シングルモードで40W
まとめ
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• 現行案どおりの開発はある程度目処がたってるつもり．
– そのうち，100WでPMCを試す予定（大前）．
• ファイバーレーザーの動向は．常に注目すべき．
– マスターレーザーの候補
• Orbits Lightwave→LISAと協力．
• NP Photonics
– 増幅器の候補
• IPG photonics
• NUFERN
※ある程度の出力まで行けば，Coherent Additionでもよい．