レーザー光源・安定化 (DPF用光源) 電通大 武者 満○、植田憲一 NICT 細川瑞彦、長野重夫

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1 レーザー光源・安定化 (DPF用光源) 電通大 武者 満○、植田憲一 NICT 細川瑞彦、長野重夫
電通大　武者　満○、植田憲一 NICT　 細川瑞彦、長野重夫 第5回DECIGO W.S.

2 DECIGO,DPF用光源 ・DECIGOの光源要求 ・DPF用光源 λ=532nm、P=10W、df/f=1Hz/√Hz@1Hz
感度実現には必須の値---しかし地上での実現も困難 宇宙動作レーザーも未経験 ・DPF用光源 単なるDECIGOのスペックダウン版では無い ●宇宙空間でのレーザーの動作・安定化試験 (経験を積む) +DECIGOに繋がる技術 ●DPFの為に確実に動作する必要 比較的難易度の低い光源でテスト 光源自体は確実に動作すること 周波数安定度の評価

3 衛星搭載用光源 DECIGOのスペックダウン版->専用の計画 ・衛星能力 消費電力 最低供給能力 サイズ 排熱容量
全熱を伝導により船外に-表面より放射 ・宇宙動作条件 耐被曝 LD、エレキ系、結晶、ファイバ 機械的安定性 打ち上げ衝撃、運転時、熱的安定性 寿命 LD等、アラインメントのずれ ・冗長系 実験系の心臓部->複数台のシステムの切替 出射直後より全ファイバ系で EOM、isolator、switch等 上記条件よりスペックが決定されるべき

4 DPFの光源デザイン 光源(従来の計画） P=100mW(532nm) df/f >1Hz/√Hz@1Hz
●必要な電力 100mW(SHG)<-2W(fund.)<-5W(LD)<-20W +温調,PZT等 ●排熱 上記パワーの大部分が熱になる DPFの電力供給・排熱能力ではでは困難 現実的な解 λ=532nmである必然性?? (200mW-NPROでも全消費電力は20W以上) バックアップ用光源は？

5 要求値の検討 l=1064nm、P=数10mW、df/f=1 Hz/√Hz@1Hz ●短共振器長->532nmは必要ない
●DPFの感度限界 　周波数雑音>>shot雑音 ●ミッションの目的 各機器の動作確認 安東氏　07春物理学会 光源の安定動作が第一 l=1064nm、P=数10mW、df/f=1 周波数安定化の実現に注力 ●光源部に割り当てられる 体積、電力、排熱容量、重量 環境(振動・温度)

6 LPFの光源 NPRO(λ=1064nm) 出力 25 mW 体積 1l 消費電力 10W 衛星搭載仕様 (励起用LDも含む)
TESAT spacecom社 TESS(地球観測衛星)とEO3-GIFTS(気象観測衛星)用に開発 Danzmann氏の発表資料より

7 周波数安定化 沃素飽和吸収&光共振器 ●光共振器 ☆共振器 ---市販 真空槽全体の温調 ●DPFの環境 ・衛星内部の振動
通常条件下で1Hz/√Hzは達成された A.D.Ludlow et.al Opt.Lett.32(2007)641 ECLD(698nm) (pre-stabilized) F=250000 ☆共振器 l=7cm minusKによる防振、垂直中点支持、短共振器 ---市販 真空槽全体の温調 10-6 Torr、 500μK　 -->電力が必要 ●DPFの環境 ・衛星内部の振動 4x10-8(m/s2)/√Hz ->1.2x10-3 Hz/√Hz (df/a=3x104 Hz/(m/s2)) 内部振動要求値 周波数雑音限界 振動-周波数変換 ・防振系の開発 --> gが小さい事が有利 ・温度環境--->熱シールド(4重)　容器の温度安定度の軽減

8 DPF光源の実現性 ◎実質2年の開発期間 耐曝等の検討が必要 宇宙仕様光源開発経験が無い 新たな光源の開発は困難 周波数安定化に注力
◎衛星のスペックから光源条件の見直し -> 研究目標値の再検討 ・物理的な意義のある観測 ・DECIGOのための各要素技術のtest 供給電力、体積、排熱、振動・温度環境の確認 現在得られていない技術を基にした計画には無理がある

9 DPF光源の再提案(1) ●スペック ●光源 ●光共振器を用いた周波数安定化 ●主目的
λ=1064nm、出力100mW、df/f =10〜1　Hz/√Hz (25mW) ●光源 主レーザー　宇宙仕様NPRO (25mW) Pcons=10W ・オプション 増幅 YDFA(ファイバ結合増幅)->100mW LD:150mW--> Pcons =4W+温調 消費電力(計Pcons =20W) ●光共振器を用いた周波数安定化 EOM等の電力消費 ●主目的 宇宙空間での光源、共振器の動作確認 　　　　　　　　　(外環境の影響大)　　　　 周波数安定度 　　(DECIGOへの技術開発)

10 DPF光源の再提案(2) ●目的 ●波長1.06 or 1.03μm ファイバーで構築
●Yb-fiberDFB 線幅10kHz,λ=1.03μm, P=10mW 増幅　YDFA 〜100mW ・宇宙線によるbrowning DICOS社 ●全fiberによる系の構築 小型 安定 ●目的 光源の安定動作 共振器の評価

11 DECIGOに向けて ・光源 PPMgOLN+加算 YDFPA 500〜1Wマスター PPKTP 10W 20W 1W
DPF用マスタ+pre-amp PPMgOLN+加算 YDFPA 500〜1Wマスター PPKTP 10W 20W 1W injection-locked intra-cavity doubling ・周波数安定化 光共振器 I2 飽和吸収 (l=1030nm)

12 100mW@532nm NPRO(2W)+PPMgOLN(20mm)で可能 Innolight Prometheus 3.5kg(10kg)
H.K.Nguyen IEEE Photon.tech.Lett 18(2006)682 Innolight Prometheus 3.5kg(10kg) 350x140x340 P>100mW 宇宙で使えるか？　消費電力は？