Lock Acquisition 国立天文台 新井　宏二 4th DECIGO WG 2006/5/11.

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1 Lock Acquisition 国立天文台 新井　宏二 4th DECIGO WG 2006/5/11

2 Lock Acquisition FP DECIGOでは3本のFabry-Perot共振器が使用される。
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

3 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

4 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

5 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

6 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)

7 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 　　※変調は低周波で掛ける？ 共振線幅 (cut-off freq)

8 Length control 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。 誤差信号振幅 共振器反射光量 共振器内光量

9 Length control 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。
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 共振器反射光量 誤差信号

10 Lock Acquisition 問題点1~Ringingの問題 問題点2~ロスの問題 critical velocity
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 =>　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 M. Rakhmanov PhD thesis

11 Lock Acquisition 鏡の方向制御~反射ロスについて考える 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
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 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

12 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
diffraction loss: ALOSS=0.052 (fraction in power) divergence angle: θD=0.58 [μrad] free spectral range: νFSR=150 [Hz] transverse mode spacing: νTM=75 [Hz] Mirror反射率 R=0.78 Finesse F~10

13 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 アラインメントロス 90%でもフリンジが
見えるとする nominal R_cav=20% (over coupling) 0% 90% 70% Alignment lossと誤差信号

14 Lock Acquisition Misalignment vs Alignment loss
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? Loss 0% Loss 0% 1mx1mの矩形ミラーで計算 Loss 90% Loss 100% ~0.75θD = 0.4urad

15 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?