CLIOの報告 （２００７年１０月１５日以降） レーザーに泣かされた半年間.

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1 CLIOの報告 （２００７年１０月１５日以降） レーザーに泣かされた半年間

2 CLIOの報告：レーザー関係 （１）レーザーの２個のLDを交換し、1.9W(2.3A)まで復活（１１月初旬）。
（２）Noise Eaterの突発的発振問題が存在。修理直後は、数十分ごとに発生していたが。結局電流を2.300A ->2.250A付近で運用すると減るらしいので、今はこれで運用。 この現象のせいで、Primary 制御はロックが落ち、かつ、かからなくなる。 これとは別に、スパイク雑音も発生している。 （対策） NE制御のUGFを下げてもらう作業が必要？ （３）MCロックした時の反射率も最初（MC設置直後：2006年）のように3-5％とかにはなっていない。交換直後で10％、今は20％くらい。 （対策）モードマッチングのやり直しが必要？TEM00の占有率そのものが下がっている？ （４）汚染環境対策として、新クリーンブースを入射光学系に設置。しかし、つけっぱなしでは、空気の流れの乱れが激しすぎてMC制御が乱れる。 （対策）入射光学系の短縮化と、光軸周りだけをさらに、平板や、メッシュ板で覆い隠すことが必要か？ （５）現在すでに出力が1.5W(?A)（3月18日）までさがっている。 （対策）もう一度内部アライメントと洗浄、

3 CLIOの報告：レーザー関係 （６）MCの制御のために、レーザーThermal、 PZT、外部EOMの３素子に帰還しているが、Thermal に帰還電圧が加わると、レーザーの発振状況が変化している。 （パワー？か横モードの混入比か？ほかの原因か？） QPD_Laser_Total = MC入射直前のビームの一部がMCのAR窓で反射する成分を検出している。 QPD_MC_Total = MC透過光がST鏡を一部透過する（あるいはInPBS反射する）光を検出している。 By Uchiyama By Agatsuma （特徴） Unlockの時にMC_Totalに不連続性（とび）はないが、Laser_Totalにはある。 Thermal 帰還電圧と入射ビームパワーに相関がある。

4 CLIOの報告：レーザー関係 （６）そこで、MCの制御で、Thermalをやめて、MC End鏡に帰還してみた。
（左）MC　ENDに帰還　 （右）Laser Thermalに帰還 By Uchiyama By Uchiyama （特徴） MC Endへの帰還で、Laser_Totalが安定になりUnlockよるとびが無くなった。でもMC_Refにもない！じゃ、一体この、とびの部分のレーザーパワーは何処に行ったんだ？？ MC_Totalがほとんど変化しないことから、入射ビーム中のTEM00の量は、ほとんど変化してないだろう。なので、最初は、高次モードの出る量が変化して、 Laser_Total中のとびが起こると思ったが、 MC_Refも変化してないので、この説は成り立たない？。 Thermalへの帰還で、 Laser_Totalに強度揺らぎが発生している。 左図には、帰還電圧に2-3時間周期の揺らぎがあるように見える。原因不明。偶然？。

5 CLIOの報告：レーザー関係 （７）Laser Totalと、入射光学系に設置した温度との相関（除湿器 ON） 10 [K/V]の変換効率
By Uchiyama （特徴） Laser_Totalと温度に相関あり。Peak-Peakで0.3Kの温度変化が起きているが、このLaser_Totalの変化量は、４分割PDの赤外における出力温度依存性（0.6[%/K]）を考慮しても、説明できないほど大きな変化量である。 除湿機ONで温度が上昇するようだ。冷凍機Offで温度が下降してきたのは、コンプレッサーの発熱が減ったから？

6 CLIOの報告：レーザー関係 （６）（７）のまとめ Laser_Totalのとびの原因を正確につかみたい。
入射光学系の温度管理は大事。0.1 [K]以下の揺らぎに抑えるのが理想。 MC制御において、Laser Thermalに帰還しないで、MC Endに帰還する。Primary Cavity 制御も、低周波は、腕の鏡に直接か、ドリフトキャンセラーの位置に返す。この場合、レーザーの低周波の成分の揺らぎをそのまま腕の鏡に返すことになり、腕の鏡を大きく動かさないといけない。 あるいは、Pre-MC（フィネス100くらい）を作成して、汚いビームの成分は、元から断つ。

7 CLIOの報告：DBM交換実験 （１）制御に使用しているDBMをM1CA(level10)からZP-3H+(Level17)に交換（２００７年１１月） ZP-3H+の方が、S/NがM1CAよりよい。しかし、より電力を必要とする。 感度に変化なし。 発振器 Power Devider DBM FFT OSC Noise at 1kHz [V/rHz] DC as Signal [V] By Saito

8 CLIOの報告：RF関係の問題 （１）RF（12MHz, 15.8MHz）が、他の計測系に飛び込んでいる問題。 問題
12MHzや15.804MHzの信号がもろにのっている。発信機やRFドライバーを止めるとなくなる。現状、 対策 RFドライバーは発信機の隣にあり、ドライバーからEOMまで長いケーブルでつながれた状態でEOMをハイパワーでドライブしている。　　ー＞ RFドライバーのみEOMの近くに配置し、RFパワーの強い信号が通る経路を最短にした。網線シールドはまだしてない。 結果 コントロールルームでみえたオシロ上の12MHz、15.804MHzはなくなった。 （２） EOMOUTには短いスパイク雑音が存在する 問題 スパイク雑音は幅50-500nsecくらいのサインガウシアン的な形。RFの配線の変更前後でもみえている。 対策 PZT, EOM両方ともケーブルラックをはわせている現在の配線をやめ、地面をはわせる配線に変えた。このケーブルラックにはピコモーター制御用のネットケーブルが並走している。電源ラインは並走してない。 結果 スパイク雑音はなくなった

9 CLIOの報告：RF関係の問題 （３）RFのシールドのための作業
PDからのRF信号ケーブル、PerArmのNIM電源に行くケーブルなど、長距離を走る重要線に雑音が乗らないように、網線シールドをつけた。 この当時、感度も悪化していたので、明確な効果は確認するにいたっていない。 （４） グラウンドループをなくす処置 信号系のグラウンドループをなくすための処置を行った。新しいグラウンドをCLIO部屋の外に作成した。 この当時、感度も悪化していたので、明確な効果は確認するにいたっていない。

10 CLIOの報告：PerArm関係の電気雑音
（１）NIM電源の雑音問題 鏡の姿勢制御用にMatrix回路が組み込まれているが、ピッチやヨーにオフセット電圧を加えるために使うDC電源をNIM２４V－＞三端子レギュレーター１５Vから取っていたが、一部のMatrix回路で、雑音除去のためのLPFが不十分だったため、100Hz付近で200nV/rHz相当の電気雑音が発生していた。 LPFを強化し、ノイズレベルを1/10以下に低減。

11 CLIOの報告：PerArm関係の電気雑音
問題 PerArmの制御回路の入力換算雑音が100Hz付近で100nV/rHz以上（全体的にも大きい）。 原因 多重帰還型４Pole-LPFが雑音源だった。シミュレーターでも再現した。 対策 単純LPFを４段重ねたものに変更。それに合わせて、新回路作成。 結果 入力換算雑音は減少したが、シミュレーターほどは下がってない。

12 CLIOの報告：PerArm関係の電気雑音
（３）感度との比較 PerArm の制御回路の入力換算雑音は、感度を犯していない。 Coil Driverに何らかの形で、500nV/rHzの雑音があれば、100Hz付近sの感度を説明する。

13 CLIOの報告：PerArmEndの昇温後
振子をチェックしたが、他の振り子と大差なく、問題がないように思えた。PerEndのInner Shieldがほかに比べて大きく揺れている？ １１月１４日に、フロアーレベルは一度はベスト感度に届いたが、その後は、低周波も高周波も悪化の一途をたどる。特に高周波は異常に悪い。 ３０Hzの構造は、Inline をAl 0.5mmに変更してから出現しており、PerEndボルファ交換でも変化ないので、Inlineに原因があると思われる。

14 CLIOの報告：100mFPのFinesse （１）１２月ころから高周波の感度が悪化している問題の一つの可能性 問題
腕のFinesseがさがって、shot noiseと散乱光が増加している可能性があるので、Single Shot Ring Down でFinesseを推定した。 方法１ 理想は、MC出射後のレーザーを一瞬で断ち切りたいが、できないので、MCの制御を落とすことで代用。そのせいで、腕に入射するレーザー光がすぐに切れない（当然MCの光の滞在時間くらい残る）ので、測定Finesseは、予想値より大きく出る可能性もある。 結果１ 予想値は3140（R= が設計値。NMの以前の計測値もほぼ0.999） PerArm : 3350 Inline : 2700 共振器反射率 PerArm : 10% Inline :16% 二つのことから、Inline鏡に何かついている可能性がある。どっちなのか両方なのかは判別不能。 対策 全体昇温するか、炭酸ガスレーザーで鏡のみ昇温するかしかない。今昇温中。 Light Waveの700mWレーザー（500mW）が電通大から返ってきたので、BS前に入射光学系を作って様々な計測（Finesse, Michelson）用として利用する? 。

15 CLIOの報告：Recoil Mass Installation
（１）常温PerEndにRecoil Massを導入してみた。 制御などはせず、とにかくまず設置してみた 感度の一部が悪化した。 Recoil Massを取り除いたら、減った。 原因の一つは散乱光雑音だった可能性がある。 または、磁石ダンプでリコイルマスをダンプしているので、その強力な磁石と、メインの振り子のダンプ用磁石などがカップルしていたかもしれない。 現在は、撤去されている。

16 CLIOの報告：Auto Lock （１）ロック作業の迅速化、簡素化のために、Auto Lockのコンセプトを検証した（by Uchiyama）。 MC：MCEnd鏡が揺れればおおむねTEM00にロックする。MCEnd鏡は、Primary Cavity 制御が落ちると自然にMCEnd鏡を揺らす。Primary Cavity 制御を含めたGainUPは、MC、InlineがTEM00以外にロックした時には、必ずロックを落とすので、それがTEM00のロックだけが生き残る選別作業にもなっている。逆にいうと、GainUPなしのモードでの作業中は、MCがTEM01、InlineがTEM02とかにロックして外れないことがあるので、わざと落とすルートが必要かも。 Inline：基本的に、二つの信号系を用意し、小信号系で、ロックを引き込み、その後、大信号系にきりかえ、その後、MCとPrimaryの制御のGain UPをかけていく。現在、同じPDから得た復調信号を２分配しているが、グラウンドや、感度への影響を考えるとPDを二個用意し、別途復調し、大小信号を別々にとったほうがいいと思われる。 PerArm:Inlineと基本的に同じ？。 以上が、現在アナログのコンパレーター回路、ディスクリート回路、遅延回路で構成されている （LISMの時代の遺物） アライメントコントロール系まで含めると、さらに回路が必要なので、NI-Compact DAQへの置き換えがいい気がします。

17 CLIOの報告：Auto Lock （２）Auto Lockの状況（約12時間運用：３月初旬）
MC lock total time sec. 92.0%. Longest lock time 1946 sec. Inline lock total time sec. 82.7%. Longest lock time 1933 sec. Per arm lock total time sec. 63.1%. Longest lock time 1348 sec. 特に、60 sec以上 full lockが維持されたもののみ勘定すると、55回該当し、 Total full lock time 24482 sec. 61.1%. Averaged lock time 445 sec. MC lockからfull lock 完了までの平均時間 189 sec. Longest 802 sec. Fastest 10 sec. By Uchiyama