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Lock Acquisition 国立天文台 新井 宏二 4th DECIGO WG 2006/5/11 Lock Acquisition • FP DECIGOでは3本のFabry-Perot共振器が使用される。 • ロック = FP共振器に光が蓄積される状態を保つ • ロックするには – 鏡の相対距離が保たれていること – 鏡の方向が正しい向きを向いていること が必要 とくに、各衛星の位置と姿勢がてんでバラバラな状態から、 相対距離が固定され、方向が定まった状態へ持って行かなければならない Question: どこまでローカルセンサーで調整し、 どこから干渉計自体を用いて調整するか How to lock? • ロックはこんな感じか? 位置:random 姿勢:random マスは衛星に追従 干渉計には何も出ない Overview • ロックはこんな感じか? 位置:coarse (radio?) 姿勢:coarse (star tracker?) マスは衛星に追従 干渉計にかすかなフリンジ Overview • ロックはこんな感じか? 位置: fine adj. (干渉計フリンジ) 姿勢: fine adj. (干渉計フリンジ) マスは衛星に追従 Overview • ロックはこんな感じか? 位置: Lock (干渉計linear信号) 姿勢: fine adj. (干渉計linear信号?) 衛星がマスに追従(dragfree) Length control • 干渉計による鏡の位置制御 – Pound Drever Hall法を考える – 共振器長L=106[m], 共振器フィネスF=10 共振器内 λ/2 光量 νFSR 光の周波数ν もしくは 鏡の変位x – FSR: Free Spectral Range FSR c 150[Hz] 2L – 共振線幅 (cut-off freq) fC FSR 2F 7.5[Hz] ※変調は低周波で掛ける？ Length control 共振器内光量 共振器反射光量 誤差信号振幅 • 干渉計による鏡の位置制御（linear signal, x<<λ） – Pound Drever Hall法の誤差信号を用いる。 Length control 共振器反射光量 • 干渉計による鏡の位置制御（x>>λ） – PDH法誤差信号と反射光量の相関を用いる。 誤差信号 – 共振器が長くなるときは時計回り、短くなるときは反時計回り – 回転の向きとレートをカウントして、回転周波数が遅くなるよう に制御 Lock Acquisition • 問題点1~Ringingの問題 critical velocity vC c 4LF 2 1.3[m/s] つまり、4～5 fringe/secを越えると リンギングが激しくなるため、 フリンジカウントが難しくなるだろう。 衛星の制御で実現できるか？ • 問題点2~ロスの問題 M. Rakhmanov PhD thesis => 方向制御との関係 ~ どれくらい光がロスしてもフリンジが見つかるか Lock Acquisition • 鏡の方向制御~反射ロスについて考える – ミラーのサイズが有限である効果 (diffraction loss) – 方向がずれると、共振器のモードに結合するパワーが減る(alignment loss) • これらを計算するために鏡のパラメータを次のように定めた L=106[m] D=1[m] Rc=106[m] ウェストが細すぎるとミラー上でのスポットが大きくなる => ロス ウェストが太すぎるとミラー上でのスポットが大きくなる => ロス confocal cavity: 最もロスが小さくなる Lock Acquisition • これらを計算するために鏡のパラメータを次のように定めた L=106[m] D=1[m] w=0.412[m] w0=0.291[m] Rc=106[m] diffraction loss: divergence angle: free spectral range: transverse mode spacing: ALOSS=0.052 (fraction in power) θD=0.58 [μrad] νFSR=150 [Hz] νTM=75 [Hz] Mirror反射率 Finesse R=0.78 F~10 Lock Acquisition • 回折ロス・アラインメントロスは鏡の反射率低下として入れる alignment loss diffraction loss (5.2%) nominal R_cav=20% (over coupling) 0.5 • アラインメントロス 90%でもフリンジが 見えるとする 0% 0.4 0.3 90% 0.2 Alignment lossと誤差信号 -3 -2 -1 70% 0.1 1 2 3 Lock Acquisition • Misalignment vs Alignment loss Loss 0%1 0.8 1mx1mの矩形ミラーで計算 0.6 0.4 0.2 Loss 90% Loss 100% 0.2 0.4 0.6 0.8 1 ~0.75θD = 0.4urad 0.4uradまでstar tracker etcで制御し、 その後フリンジを頼りにアラインメントしていく。 • Fine alignment / Linear alignmentはどうする? – WFS? Summary / Discussion • 衛星のフォーメーションフライトで 光路長変動：<1um/s程度の速度まで減速 方向精度： <0.4uradまで合わせる • fine adjustment フリンジのスキャンを使って光路長・方向の制御(衛星で?) • linear control 長さPDH法・方向WFS法?で制御 • In lock中のSC角度制御 SC間通信はあるのか?(透過光信号使えるのか?) 各SCで処理しなければならないのか?(反射光) • グローバル制御~3台が同一平面に並ぶようにする?