日本物理学会第回年次大会

1、1干渉計型重力波検出器TAMA300XIX(信号取得制御系)中川憲保、新井宏二、佐藤修一，高橋竜太郎，阿久津智忠，辰巳大輔，常定芳基，福嶋美津広，山崎利孝，三代木伸二，長野重夫，安東正樹，森脇成典，武者満，神田展行，三尾典克，川村静児，藤本眞克，坪野公夫，大橋正健，黒田和明，TAMA CollaborationTAMA Collaboration目次目次動機DemodulatorDemodulatorMixerMixer高調波対策高調波寄与1. 動機Photo detector 入干渉計信号基本波以外高調波多含。復調回路 (demodulator)(demodulator)15M2f : -1

2、2dBm 3f : -53dBm 4f : -46dBm 5f : -52dBm1f : -18dBm重力波信号乗来余分信号多。？Frequency HzPower dBm0Demodulator2-1. Demodulator改良前構成LORFBufferPhase shifterMixerPhoto detectorIFDemodulatorLO：変調用基準信号。Phase shifter位相操作。RF：干渉計信号。TAMA直接Mixer。15MHz働LORFIF理想的場合15M15M30MDC2-2. Mixer t)cos( t)cos(21)tsin()tsin(212121LORF

3、IF干渉計入信号(LO)出信号(RF)掛合、干渉計信号(IF)分離。2-2. Mixer高調波問題LO、 、RF一方高調波場合問題LORFIF可能性？純LO純RF純LO汚RF汚LO純RF汚LO汚RF2-2. Mixer高調波問題LO、 、RF一方高調波場合問題LORFIF可能性？純LO純RF純LO汚RF汚LO純RF汚LO汚RF区別出来！LO、 、RF高調波対策取組測定測定2-3. 高調波感度LOBufferPhase shifterMixerRF15M+1kHz評価測定RF高調波入感度測定LO： ：15MHzRF： ：15MHz+1kHzIF出1kHzpower読取入力power-50-40-

4、30-20-100I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kHz Pure 1fLO1f、高調波感度予想図実際、TAMADemodulator調。-50-40-30-20-100I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kHz TAM A300 versi on Pure 1f測定測定LOBufferPhase shifterMixerRF1kHz +1kHz評価測定LO： ：15MHz RF： ：15MHz+1kHzIF出1kHzpower読取入力power2-3. 高調波感度RF高調波

5、入感度測定LO1f、高調波感度15M +1kHz-50-40-30-20-100I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kHz TAM A300 versi on Pure 1fLOBufferPhase shifterMixerRF1kHz評価測定LO： ：15MHzRF： ：30MHz+1kHzIF出1kHzpower読取入力power測定測定2-3. 高調波感度RF高調波入感度測定LO1f、高調波感度30M-50-40-30-20-100I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kH

6、z TAM A300 versi on Pure 1fLOBufferPhase shifterMixerRF1kHz評価測定LO： ：15MHz RF： ：45MHz+1kHzIF出1kHzpower読取入力power測定測定2-3. 高調波感度RF高調波入感度測定LO1f、高調波感度45M +1kHz-50-40-30-20-100I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kHz TAM A300 versi on Pure 1fLOBufferPhase shifterMixerRF1kHz45M+1kHz評価測定測定測定3fHarmo

7、nic distortion約10dB (3倍)高調波！対策考2-3. 高調波感度RF高調波入感度測定LO1f、高調波感度約10dB3-1. 高調波対策LO高調波減改良Phase shifter前attenuator、後入調整現在、現在、over drive使用使用位相調整Phase shifter使用対策高調波増加-50-40-30-20-10I F pow er dBVrm s54321RF frequency *15M Hz + 1kHz LO i m proved m odel TAM A300 versi on3-2. LO改良LOAttN 10dBBufferAmp 11dBPha

8、se shifterLOBufferPhase shifterMixerMixerPhase Shifter入力調整以下行基本波 ：変化無偶数倍波：改善奇数倍波：原因追究LO：基本波 RF： ：基本波or高調波+1kHz IF出力（1kHz成分）-21dB-18dBLO改良結果変化無3-3. Mixer特性改善理由Mixer単掛算機考実際LO働正弦波矩形波近奇数倍波高調波発生構造上防復調Mixer用今回使MixerDouble balanced mixerTUF-3LH(minicircuits)Mixer内回路図4-1. 干渉計影響干渉計感度寄与測定Dark portPhoto detect

9、orPower splitter干渉計制御各高調波感度寄与干渉計制御信号分割高調波寄与測定高調波選択filter実際、干渉計感度高調波影響与見。1f : -18dBm 2f : -12dBm 3f : -53dBm 4f : -46dBm 5f : -52dBm4-1. 干渉計影響干渉計感度寄与測定Dark portPhoto detectorPower splitter干渉計制御各高調波感度寄与干渉計制御信号分割高調波寄与測定高調波選択filter干渉計制御用、高調波測定用Demodu-lator位相一致調整。1f : -18dBm 2f : -12dBm 3f : -53dBm 4f :

10、-46dBm 5f : -52dBmLOLO4-1. 干渉計影響干渉計感度寄与測定Power splitter干渉計制御2f感度寄与1f(減衰)干渉計制御信号分割高調波寄与測定bufferbuffer1f比較時、位相明確、2f感度位相変、最大時最小時測定。1f : -18dBm 2f : -12dBm 3f : -53dBm 4f : -46dBm 5f : -52dBmDark portPhoto detectordownLO (最大)2(最小)2感度4-1. 干渉計影響干渉計感度寄与測定Power splitter干渉計制御残高調波感度寄与1f(減衰)2f(減衰)干渉計制御信号分割高調波寄

11、与測定1f : -18dBm 2f : -12dBm 3f : -53dBm 4f : -46dBm 5f : -52dBmdowndownbufferbufferDark portPhoto detector1f比較時、位相明確、3f感度位相変、最大時最小時測定。 (最大)2(最小)2感度10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-10Di spl acem ent noi se m /Hz1/2100101102103104105Frequensy HzDisplacement noise of TAMA300 (2005/3/18) T

12、AM A-Servo4-2. 測定結果今回、干渉計制御用TAMA感度感度曲線10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-10Di spl acem ent noi se m /Hz1/2100101102103104105Frequensy HzDisplacement noise of TAMA300 (2005/3/18) 2f-sensi ti vi ty TAM A-Servo Dem od. +fi l ter Noi se (for 2f)4-2. 測定結果感度曲線1f減衰、2f高調波影響2f測定Demodulatorfilter

13、。現在測定性能upper limit2倍波影響無10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-10Di spl acem ent noi se m /Hz1/2100101102103104105Frequensy HzDisplacement noise of TAMA300 (2005/3/18) 3f-sensi ti vi ty TAM A-Servo Dem od. +fi l ter Noi se (for Other)4-2. 測定結果感度曲線1f、 、2f減衰、以外以外高調波影響3f以上測定Demodulatorfilter。現

14、在測定性能upper limit3倍波以上影響無5. LOPhase shifterMixerover drive 対処、偶数倍波改善LO奇数倍波対処判明高調波干渉計感度寄与現在測定精度影響見。少今回感度向上大丈夫。倍波流入感度効基本波以上存在、起可能性。今後PD等対策必要。以上-60-50-40-30-20-100Harm oni c di storti on dB543210Phase control V 2f 3f3-1. Demodulator LO、LO高調波減改良現状、Phase shifterover drivePhase shifter前attenuator、後入調整Phase

15、 shifterharmonic distortion事原因高調波増。TAMA300LO、11.8dBm入、Phase shifter推奨値0dBm位相調整Phase shifter使用現状2f関約-10dB-60-50-40-30-20-100Harm oni c di storti on dB543210Phase control V 2f 3f3-1. Demodulator LO、LO高調波減改良現状、Phase shifterover drivePhase shifter前attenuator、後入調整Phase shifterharmonic distortion事原因高調波増。T

16、AMA300LO、11.8dBm入、Phase shifter推奨値0dBm位相調整Phase shifter使用10倍改善調整後2f関約-20dB-80-60-40-200I F Output dBVrm s54321RF frequency *15. 235M Hz+1kHz LO i m proved LO, RF i m proved cal cul ati on4-2. Demodulator RFLO：基本波 RF： ：基本波or高調波+1kHz IF出力（1kHz成分）RFMixerRFBuffer2nd wave notchLow-pass filterMixerRF改良結果基

17、本波 ：変化無偶数倍波：改善奇数倍波：改善問題以下改良行-54dB-27dB-58dB-60dB高調波Buffer246810-7246810-624Dem odul ator Output V/rtHZ100101102103104105Frequency Hz RF i m proved before i m provi ng高調波4-2. Demodulator RFRFMixerRFBuffer2nd wave notchLow-pass filterMixerRF改良結果問題以下改良行BufferRF改良前後悪化干渉計感度要請10-7以下満改良使高調波4-2. Demodulator

18、 RFRFMixerRFBuffer2nd wave notchLow-pass filterMixerRF改良結果問題以下改良行246810-7246810-624Dem odul ator Output V/rtHZ100101102103104105Frequency Hz wi thout buffer Gai n 2 (cal cul ati on) Gai n 4 (cal cul ati on) Gai n 10 (cal cul ati on) Gai n 20 (cal cul ati on)BufferRFBuffer変時比例Buffer原因判明難選択-50-40-30-2

19、0-10Harm oni c Di storti on dB543210Phase Control V 18ohm -2f 18ohm -3f3-4. Demodulator LO奇数倍波改善理由Mixer単掛算機考実際LORF役割異、LO働正弦波矩形波近奇数倍波高調波発生復調Mixer用問題倍波Harmonic DistortionLOResistance-37dB15MHzRF50Mixer3-4. Demodulator LO奇数倍波改善理由Mixer単掛算機考実際LORF役割異、LO働正弦波矩形波近奇数倍波高調波発生構造上防復調Mixer用問題倍波Harmonic Distortion

20、-50-40-30-20-10Harm oni c Di storti on dB543210Phase Control V M i xer-2f M i xer-3f Mixer入悪化-13dBLOMixer15MHzRF50Q-phaseQ-phase比較感度曲線10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-1010-910-810-7harm oni c noi se m /rtHz100101102103104105Frequency Hz 2f Q-phase 3f Q-phase 1f Q-phase(m odi fi ed) De

21、m odul ator Noi se I F-servo5-2. 感度曲線測定結果減衰1f決感度Demodulator noise決減衰効1f決高調波効？10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-1010-910-810-7harm oni c noi se m /rtHz100101102103104105Frequency Hz 2f I -phase 3f I -phase 1f I -phase(m odi fi ed) Dem odul ator Noi se I F-servoI-phaseI-phase比較感度曲線5-2. 感

22、度曲線測定結果減衰1f決感度Demodulator noise決減衰効1f決10-1910-1810-1710-1610-1510-1410-1310-1210-1110-1010-910-810-7harm oni c noi se m /rtHz100101102103104105Frequency Hz I . F. -servo 1f Q-phase 1f I -phase 2f average (I2+Q2)0.5 3f average (I2+Q2)0.5 Dem odul ator Noi se高調波感度曲線寄与評価5-2. 感度曲線測定結果位相差I、Q自乗和取30Hz以下高調波

23、効可能性以上、2f100倍、3f6.3倍感度向上影響30Hz3-3. Demodulator t)cos( t)cos(21)tsin()tsin(212121nn12Demodulation also down convert unnecessary harmonics to AFIt is impossible to distinguish!LORF21 Removed by a filterAFCalculation of the StandardHarmonics (it is not exist in ideal)Signal of the interferometerIt is a noise of the signal.To do something against harmonics.LORFInfluence of the harmonics4. Improvement of the demodulatorLORFAttN 20dBBufferAmpBufferBuffer2nd wave notchLow-pass filterPhase shifterAmpMixerLORFOutputBufferPhase shifterAmpDiplexer1st orderMixerDiplexer2nd orderImprovementOutput参考 高調