重力場変動観測による地震即時検知に向けたねじれ振り子型重力勾配計の開発

开发扭摆式重力梯度仪，通过观察重力场波动即时检测地震

基本信息

批准号：
21J14455
负责人：
高野哲
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，ねじれ振り子型重力勾配計を用いた地震の即時検出に向けて，装置の開発と感度向上を行うものである．ねじれ振り子型重力勾配計は，重力勾配に応じた潮汐力によりねじれ振り子がねじれ回転することを利用しており，現在までにはねじれ回転角度を読み取る光学系の開発を主に行ってきた．読み取り光学系の主要な雑音の一つに，外部の振動や温度変化に伴う光学系自身の揺らぎがある．この揺らぎを低減するために，本研究ではモノリシック干渉計と呼ばれる，基材に光学素子を直接貼り付ける光学系を用いる計画となっている．さらに，重力勾配計はねじれ振り子の熱雑音を低減するために振り子が4 Kの低温環境に置かれるため，低温で動作するようなモノリシック干渉計である必要がある．そのようなモノリシック光学系は世界初となる．今年度は，実際に構築する光学系のデザインと，前年度までに開発したアセンブル装置を用いた光学系の一部構築を行った．ねじれ振り子の角度読み取りには，振り子の両端に構築したファブリペロー干渉計の差動信号からねじれ回転を読み取る，差動ファブリペロー干渉計を予定している．一般にファブリペロー干渉計は入射するレーザー光が干渉計の固有モードに一致しなければ干渉計として成立しないため，レンズによってレーザー光を固有モードに近づける必要がある．また入射するレーザー光の方向が干渉計の軸に揃っていなければならないため，入射光の方向を調整する必要がある．こういった光学系を全てモノリシック光学系の基板に収めるデザインを考案した．さらに，入射光学系部分については前年度開発したアセンブル装置を用いて角度調整を行い，基板へ接着した．その結果，入射光の90%以上を干渉計に結合させることに成功し，その後の真空試験においても数日以上に渡り安定している．

本研究旨在开发一种装置并提高其灵敏度，以便使用扭摆重力梯度仪立即检测地震。扭摆式重力梯度仪利用扭摆因与重力梯度相对应的潮汐力而扭转旋转，迄今为止我们主要开发了光学系统来读取扭摆旋转角度。读取光学系统中的主要噪声之一是光学系统本身由于外部振动和温度变化而产生的波动。为了减少这种波动，本研究计划使用一种称为单片干涉仪的光学系统，其中光学元件直接附着在基材上。此外，重力梯度仪需要是在低温下工作的单片干涉仪，因为摆锤被放置在4 K的低温环境中，以减少扭摆的热噪声。这是世界上第一个这样的单片光学系统。今年，我们设计了将实际构建的光学系统，并使用去年开发的组装设备部分构建了光学系统。为了读取扭转摆的角度，我们计划使用差分法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪从摆锤两端内置的法布里-珀罗干涉仪的差分信号中读取扭转旋转。一般来说，法布里-珀罗干涉仪不能起到干涉仪的作用，除非入射激光与干涉仪的本征模相匹配，因此需要使用透镜使激光更接近本征模。另外，入射激光束的方向必须与干涉仪的轴线一致，因此必须调整入射光束的方向。我们设计了一种将所有这些光学系统安装在单片光学系统基板上的设计。此外，使用去年开发的组装装置调整输入光学系统的角度，然后粘合到基板上。结果，我们成功地将90%以上的入射光耦合到干涉仪上，并且在随后的真空测试中连续几天保持稳定。