JPH0267989A - 重力波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は光ファイバを利用した重力波の測定装置に関
する。

従来の技術 重力波は電磁波と異なってその発生および検出が極めて
困難であることが明らかになっている。

また近年においても、天体より到来する重力波を検出す
る研究が種々方面において研究されているが、いまだに
効率良く検出することができない。

この問題を解決するために、たとえば特開昭４９−１０
７７８８号公報は導体物質または水晶からなる重力波受
波体に対する電磁波の透過率がその重力波受波体内の歪
みの有無によって異なることを利用したものを提案して
いる。

発明が解決すべき課題 この発明は重力波受波体としての半導体素子を用いるこ
となく、光ファイバを用いて、主体は光学的素子で構成
した構成の簡単な重力波測定装置を堤供することを目的
とする。

課題を解決する手段 この発明の重力波測定装置は異方向に重力波を受けるよ
うに配置された２つの光ファイバコイルと、各光ファイ
バコイルの一方の端部からコヒーレント光を入射する光
源と、各光ファイバコイルの他方端からコヒーレント光
を受けるように設けられ、両方の光ファイバを通過した
コヒーレント光による干渉縞を測定する干渉計とを備え
たことを特徴とする特 上述の構成によって、一つの超安定レーザー光源からの
光を二つの互いに並行でない光ファイバコイルに分けて
入れる。それらの光ファイバの他端で光を再び合わせて
干渉させる。それぞれの光ファイバの長さを百方ｋｍ程
にすれば、この干渉計は一つの腕が百方ｋｍのｍ１ｃｈ
ｅｌｓｏｎ干渉計にほど対応した感度を持つ重力波測定
器となる。

上述の構成において第１図に示すようにコヒーレント光
源１からの光は両方の光ファイバコイルＡ、Ｂに入射さ
れ、さらにそれぞれ光ファイバコイルＡ、Ｂを通って干
渉計２に入射される。重力波が二つの光ファイバコイル
に作用すると、それぞれの光ファイバコイルは異なる方
向に変形する。

そして両光ファイバコイル内での光の波長も変化する。

両光ファイバコイルを通過した光は１つに結合され、干
渉計に入射される。そして干渉計をよぎる干渉縞の数は
重力波に応じて変化する。

以下にさらに、この発明の詳細な説明する。

第１図に示すように二つの光ファイバコイルＡとＢが互
いに直角をなすとして重力波がＡ面に垂直に来たとする
。簡単化の為に重力波の振動数はＩＨｚ以下であるとす
ると（我々は連星からの重力波を狙っているが連星の周
期は大抵１日より長い）光ファイバの中の光にとっては
重力波は振動していないと見なされる。成る時には四極
子である重力波は光ファイバＡを第１図の点線の方向に
歪ませる。重力波の強さはｈ（・Δ１／ｌ）で与えられ
るからＡは一方向にｈ１伸びそれと直角の方向にｈ１縮
まる。その為円形であったコイルはａ／ｂ＝１＋２ｈっ
まり離心率ｅ＝２５の楕円になる。一方コイルＢは同じ
重力波によって第１図の点線の方向に変形され、こちら
は一方向にしか変形を受けないから円からｅ＝ｉの楕円
になる。ＡもＢも共に楕円に変形されるがその度合が違
う。光ファイバの中を通る光の振幅及び偏波面が光ファ
イバの変形によって変わることが知られている。変形が
長さ又は光ファイバの屈折率を変えるなら光フアイバ中
の光の位相も変わる。その度合は光ファイバの材料によ
るが、変形度、この場合Δｅ・ｏ、ｒ５或いはΔｅ２・
ｈに比例する。重力波の場合りはｌ０Ｅ−１６位と予測
されるからこのような変形による二つの光のずれら小さ
い。しかし光ファイバをそれぞれｎ回巻きのコイルにす
れば、ずれもｎ倍に増幅される。光の性質がｎΔｅの変
化を受けるのであればｎが１０６８とするとその重力波
による変化が観測され得る。

もし重力波の振動数が光ファイバの固宵振動数より遥か
に低いと光ファイバは剛体で中を通る光の波長が重力波
の偏波方向にλｈだけ変化したと考えるのがよい。この
時もコイルＡでは右左端では波長が伸びるが前後端では
波長が縮まり結局全体としての変化がないのに対しコイ
ルＢでは上下で波長が伸びるだけだから重力波による空
間の収縮がｄｘとすると一周で（π／４）ｄｘだけ波長
が伸びるであろう　（第２図参照）。コイルが円周をｎ
周していれば波長はｎ（π／４）ｄｘだけ短くなる。

つまり光ファイバの全長がして円筒の直径がＸであれば
この効果で干渉計をよぎる干渉縞の数は（Ｌ／４λＸｄ
ｘ／ｘ）（Ｌ／４λ）ｈである。

実施例 コヒーレント光源１としてはレーザー光源を用いる。

光ファイバコイルＡ、Ｂは例えば１ｍの直径の円筒に光
ファイバを百方辺巻き付けたコイルを二つ作る。この二
つのコイルは同じ長さ、直径である必要は無い。これら
二つのコイルをゼロでない或角度、例えば互いに直角の
面に固定する。ひとつの超安定レーザー光源ｌから出る
光を二つに分けてそれぞれの光ファイバコイルＡ、Ｂの
一端に入射する。光ファイバコイルＡ、Ｂの他端から出
る一つの光を再び結合して互いに干渉させて干渉計２に
入射する。

いま重力波の強さｈをｌ０Ｅ−１６、レーザー光の波長
をλとして１μｍをとれば、１本の光ファイバの全長し
がｌ０ＥＩＩｍっまりｎがｌ０ＥＩＩの程度であればそ
の重力波が測れる事になる。これば地球と太陽の距離で
ある。

静止衛星を使う干渉計はｉ０Ｅ５ｋｍだがこんな長さの
光ファイバを作る事は比較的容易であろう。これでもブ
ラックホール二つから成る連星からの重力波が測れると
予測される。いずれにしてもここに提言される干渉計は
従来の長大干渉計に比べて小さく作る事が著しく容易に
なる。もし光ファイバの断面積が１０μｍ２であるとす
るとｎがｌ０ＥＩＩの場合コイルの断面積は１ｍ”とな
る。

勿論この長さを一つの光ファイバで造る事が困難であれ
ば途中に位相を乱さない増幅器をたくさん置けばよい。

この干渉計は著しく温度に敏感であるので非常に正確な
温度制御が必要である。これはコイル全体をオイルバス
に入れる事によって達成出来るかもしれない。それは光
ファイバの自分の重みによる歪みを防ぐにも役立つであ
ろう。或いは全体を衛生又は宇宙ステイションに置く方
法も考えられる。

発明の効果 以上のようにこの発明によればレーザー光源などのコヒ
ーレント光源と光ファイバコイルと光干渉計とで光学的
素子や光学機器のみで重力波の測定装置をつくることが
でき、装置を比較的簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の一例を示す図、第２図は第１
図の装置における重力波の作動方向を示した図である。 ｌｘ・・レーザー光源、２・・・干渉計、Ａ、Ｂ・・・
光ファイバコイル。 特許出願人　昧式会社エイ・ティ・アール光電波通信研
究所 代　理　人　弁理士青白　葆ほか１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）異方向に重力波を受けるように配置された２つの
   光ファイバコイルと、各光ファイバコイルの一方の端部
   からコヒーレント光を入射する光源と、各光ファイバコ
   イルの他方端からコヒーレント光を受けるように設けら
   れ、両方の光ファイバを通過したコヒーレント光による
   干渉縞を測定する干渉計とを備えたことを特徴とする重
   力波測定装置。