Dual Recycling for GEO 600 Andreas Freise, Hartmut Grote Institut für Atom- und Molekülphysik...

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Dual Recycling for GEO 600 Andreas Freise, Hartmut Grote Institut für Atom- und Molekülphysik Universität Hannover Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik 27. March 2003

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Dual Recycling for GEO 600

Andreas Freise, Hartmut Grote

Institut für Atom- und MolekülphysikUniversität Hannover

Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

27. March 2003

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Dual Recycling Concept

two recycling cavities enhance independently the carrier light and the signal sidebands

shot noise limited sensitivity is improved (typically by a factor of 102 to 103)

MPR

MSR

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Tuneable sensitivity

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GEO Status March 2003

Michelson Interferometer

Laser

Mode Cleaners

2 W 1 W

~ 10 mW

300 W atBeam Splitter

MPR

final optics

test optics

MSR

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Laser

Mode CleanersCommon arm length:(laser frequency stabilsation)

Pound-Drever-Hall

Dual Recycling Control

14.9 MHz

9 MHz

Differential arm length:(gravitational wave signal)

heterodyne detection Schnupp modulation

Signal-Recycling control: a separate modulation frequency reflected beam from AR coating

to laser frequency 37.2 MHz

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Power Recycling

End mirrors with imperfectradius of curvature

beamsplitter: „tilt“motion

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Power Recycling Signals

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From Power- to Dual Recycling

MPR

MSR

MI

Optical signals change because control sidebands and higher order TEM modes experience a coupled, 4-mirror cavity.

MI arm length difference: 10 cm cavity length difference: 9 cm

Transfer function for control sidebands must be maximised for various possible configurations:

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Mode Healing

power recycling only:

Each recycling cavity minimises the loss due to mode mismatch of the respective other

with signal recycling:

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Mode Healing

Mode healing

Mirror curvature compensation

MSR with T=1% yields almost perfectmode healing

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Control Sidebands (SR)

Resonance condition in the detuned, coupled, 4-mirror cavity:

fSR= 72 ·FSRSRC 9MHz

Detuning the modulation frequency and/orthe demodulation phase changes the SR operating point

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SRC Error Signal

Example operatingpoint for 200 Hz detuning

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SRC Error Signal

Largely detuned operating point for lock acquisition

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MI Error Signal Normalisation

Nominal operating points

Lock acquisition operating points

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Lock Acquisition

Dark fringe power

Intra cavity power

MI fast feedback

MI slow feedback

SR error point

SR feedback

MI error point

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Next Steps

PR + MI lockedPR + MI locked ramp MI gain to make system more robustramp MI gain to make system more robust

simulatnious ramping of SR modulation frequency and demodulationphase to search for SR fringe

simulatnious ramping of SR modulation frequency and demodulationphase to search for SR fringe

computer controlled lock acquisition of the autoalignment systemscomputer controlled lock acquisition of the autoalignment systems

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