JASMINE 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 計画のための

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1 JASMINE 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 計画のための
　　　　　　　　　　　　　　　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 JASMINE 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

2 ●角度・長さモニターの必要性 ●開発項目 ●開発における問題点 Motivation 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

3 ●測定対象: 2つの平面間の相対的な角度変動
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 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

4 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 3.入射光軸のずれ モニターしたい変動量は　　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 2枚の鏡の曲率半径を 大きくする ●システムの安定化: 風除け程度

5 ■レーザー干渉計の光学系の設計・組み立て... etc.
実験内容 1.モニターのセットアップ 2.モニターの動作実験 3.モニターの性能評価 ■レーザー干渉計の光学系の設計・組み立て... etc. ■モニターしているものが 何の変動か？ アイデアの検証 ■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

6 実験の光学系 Laser Optical Wave - Front Cavity Sensors Photo detector
モニターのセットアップ 実験の光学系 Laser 差動モード 同相モード Optical Cavity Wave - Front Sensors EOM Photo detector 1.2ｍ×0.9mの防振台上に設置

7 0.1m - Optical Cavity 2枚の鏡の曲率半径=20m PZT actuator×4 Super invar×3
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 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 PZT actuator の使用

8 モニターの対象 = 差動モードの角度変動 モニターの動作実験 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
●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 = 85:1 　　　　 VS 入射光軸のずれ = 20:1 モニターの対象 = 差動モードの角度変動

9 「長時間に及ぶ “共振器のロック” が必要」
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 共振器長を～1nmで 長時間安定に保つ 1週間に及ぶ”共振器のロック”に成功　=　1週間の連続動作を確認 Pitch

10 16hのタイムスケールでの感度 RMS値= 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 time-domain 2パターンの角度変動 短周期の変動 Yaw ～2.5×10-7radpp b. 長期ドリフト Pitch ～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=　　1.34×10-7 rad = 28mas

11 低周波帯での感度は いずれPZT actuator noise でリミットされる
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 低周波帯での感度は　いずれPZT actuator noise でリミットされる

12 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
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

13 ●望遠鏡ジオメトリモニタ 　–プロトタイプ

14 ●望遠鏡ジオメトリモニタ