40m QIL Cryo_Lab CTN SUS_Lab TCS_Lab OMC_Lab CRIME_Lab FEA ENG_Labs OptContFac Mariner WBEEShop
  Coating Ring-down Measurement Lab elog, Page 18 of 18  Not logged in ELOG logo
New entries since:Wed Dec 31 16:00:00 1969
    Reply  Sun May 22 23:40:45 2016, Gabriele, Optics, Design, Optical levers layout crime_v1.pdf
An improved design is attached. I modified the input telescope to avoid using shor focal length lenses, to make it less critical, and to reduce the beam
spot radius at the QPD to 0.5 mm.

Entry  Thu Jun 16 00:47:42 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, Quality factor measurement of a Mark Optics disk at LMA q_factors.pngloss_angle.png2016-06-13_09.50.11.jpg
[Massimo Granata (LMA), Quentin Cassar (LMA), Gabriele] 

This week I'm visiting LMA to learn how their Gentle Nodal Suspension system works and to measure the quality factors (Q) of one of Mark
Optics disks. First of all we annealed the disk for 9 hours at 900 degrees (plus 9 hours warm up and 9 hours cool down).
Entry  Mon Jul 18 18:05:46 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, Optical setup 2016-07-18_14.33.35.jpg
Small modifications to the optical setup:

added a 1m focal lenght lens (AR coated for 1064nm...) right before the beam enters the viewport, to reduce the beam spot size on the
added a 0.3 ND right after the laser, to avoid saturation of the QPD (about 75 microwatts total on the QPD)

Entry  Mon Jul 25 15:35:31 2016, Gabriele, Optics, Characterization, Calibration of the QPD in physical units crime_beam.PNGcrime_beam.PNGcrime_beam.PNGcalibrated_disk.png
The equations below are wrong. Please refer to https://nodus.ligo.caltech.edu:8081/CRIME_Lab/116
for the correct results

I measured the properties of the beam on the QPD. The total power is 31 uW. The beam shape is not gaussian,
since we are seeing the interference of the reflection from the two surfaces:
Entry  Fri Aug 19 19:05:01 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, Disk installed into the chamber 10x
I assembled the disk suspension sytem and installed into the chamber. Although I don't have the magnets and coils, I installed the movable retaining
disk, and used it to center the disk.

Entry  Sun Aug 21 13:45:56 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, Wierd behavior of ring downs and Improved setup second_ring_downs.pngthird_ring_downs.png2016-08-21_08.46.11.jpg2016-08-21_13.29.24.jpg2016-08-21_13.29.32.jpg
The last two ring downs I measured today showed a weird behavior of the lowest modes:

Entry  Mon Aug 22 16:59:13 2016, Gabriele, Alastair, Optics, Daily Progress, Laser polishing of the disk edges 2016-08-22_14.47.47.jpg2016-08-22_13.52.02.jpg
We set up a test facility for laser polishing the disk edges, using the CO2 laser in the TCS laboratory. We focused the beam with a 10" focal length
lens, and installed the disk on a "rotation stage" that we motorized with a hand drill. We used a HeNe optical lever and a small container
with water to define the horizontal plane and adjusted the disk as well as we could.
Entry  Thu Sep 1 02:13:33 2016, Gabriele, Optics, Characterization, Expected frequencies for the 75 mm disks with flats allmodes_aggregated.pdf
Here are the nominal parameters of the disk with flats


75.0 mm

Thickness (nominal)
1.00 mm

Distance of flats from
Entry  Tue Sep 20 15:34:00 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, Improved optical lever layout beam_profile.png2016-09-19_11.33.48.jpg2016-09-20_15.50.21.jpglayoutpng.png

Improve the optical setup, by increasing the response of the QPD to disk motion.

The old configuration

In all my previous measurement the optical lever was as simple as possible: no lenses were used, and therefore
the beam was free to expand over all its path. The estimated arm lever from the disk to the QPD was 1030 mm.
Entry  Thu Sep 22 13:39:40 2016, Gabriele, Optics, Configuration, Updated design for the new C.Ri.Me. setup crime_v2.pdf
Today I measured the amount of space available on the table for the new (4-fold) C.Ri.Me. setup. It's 1050 x 1220 mm, with the table hole in it. 

So I updated the optical layout to fit into this space, and optimized the telescope to have a beam spot on the QPD of the order of 350 um. The
average lever arm length is 1.5 m, so the optical gain will be about 7000 /rad.
Entry  Mon Sep 26 15:59:09 2016, Gabriele, Optics, Daily Progress, QPD auto centering 2016-09-26_15.44.02.jpg2016-09-26_15.43.45.jpgautocenter.png
We have a few motorized mounts (with New Focus picomotors) and one controller (an old New Focus 8753, six axis total) that I connected with a makeshift
null modem cable to the laboratory workstation (better cabling and power supply coming soon).

Entry  Thu Sep 29 15:40:45 2016, Gabriele, Optics, Design, Beam profile of new 21mW HeNe laser and tweak of optical lever design beam_profile_all.png
I measured the beam profile of the new Thorlabs HeNe (21.8 mW measured). The beam waist is 355 microns, very close to the laser output port.

Using those numbers and the optical gain optimization algorithm, I tweaked the optical lever design. The simplest solution uses two lenses right
Entry  Fri Jan 20 17:20:20 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Input part of the optical lever setup installed and aligned optical_setup.png
Today I installed and aligned part of the optical components for the optical lever of the new setup. For the moment being I installed only the input
components, and aligned the beams into the vacuum chamber. Since I don't have any in-vacuum optics yet, there's nothing more that can be done now.

    Reply  Mon Jan 23 16:29:52 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Input part of the optical lever setup installed and aligned 
Today I cabled and installed the four QPD, in a temporary position. I also assembled four picomotor mounts that will be used for the auto-centering.


Today I installed and
Entry  Fri Jan 27 14:56:55 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Optical lever setup completed photo_setup.pngphoto_chamber.png
The four optical levers are completely installed and aligned to a horizontal reference.

Entry  Wed Feb 1 15:23:42 2017, Gabriele, Optics, Noise hunting, Wandering line is due to the laser laser_noise_rin.pngUntitled.avi
The wandering line I mentioned in my previous elog, which is spoiling most of the sensitivity, turns out to be power noise of the laser. 

I used a Thorlabs PDA100 and a SR785 to measure the power noise out of the laser directly, and saw a huge forest of peaks above 20kHz. Among
them, a couple of peaks are moving up and down in frequency very fast. The plot below compares two different times of the Thorlabs HNL210L laser (the new
Entry  Mon Feb 6 11:19:13 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Laser swap 
The Thorlabs laser has been misbehaving for the whole weekend. Even after many days being continuosly on, the wandering line is still moving all over
the frequencies.

So this morning I swapped in a JDSU 1125P borrowed from the 40m lab, which provides about 6.8 mW of power. I tested it over the weekend on a
Entry  Tue Feb 7 16:16:37 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Lasers crime_v3.pdf
The high power lasers I tested so far (the Thorlabs 21mW and the JDSU 1125P) are noisy: they both have wandering lines that from time to time are alised
down into the base band, destroing the measurement. 

I have three JDSU 1103P units: two of them dlived about 2.5 mW, the third one delivers about 1.4 mW. One of the 2.5mW was installed in the test
Entry  Wed Feb 8 17:01:01 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Two laser installed, setup aligned photo_setup_new.png
Today I swapped out the 8mW laser and installed two 2.5 mW lasers. I rebuilt the input part of the optical levers and re-aligned everything. See
below for a picture of the new setup: red beams are input, yellow beams are output. I also installed a protective screen all around the table, to abvoid
any suprios beam to get out.
    Reply  Thu Feb 9 09:30:52 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Two laser installed, setup aligned Screenshot.png
The lasers are behaving well, there is no high noise or wandering lines. The spectrum below is taken in air: that explains the excess of noise in the
few kHz region.

Entry  Thu Feb 9 11:35:27 2017, Gabriele, Optics, Configuration, QPD calibration  11x
This morning I measured the beam profiles at the QPD positions. As expected, the beams are not gaussian there, since we are seeing the interference of
the reflections from the two faces of the disks. Nevertheless, the measured sizes are

Entry  Fri Feb 17 13:44:47 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Swapped picomotor and re-alignment 
Since I had recurrent problems with the picomotors used for QPD3, I swapped them with another Newport motorized mirror that was previously used in the
Crackle1 experiment. This is the same model used for the other three QPD centering. Everything looks to be working fine now.

I also realigned all optical levers and swapped out an iris with a smaller one, to avoid beam clipping. All beam paths look clear now.
Entry  Fri Mar 10 16:44:13 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, Updated in vacuum periscope of CR0 
This afternoon I removed the old periscope from CR0 and installed a new one with finely adjustable mount, like those in the new chamber. I realigned
the optical lever to the horizontal refererence.
Entry  Thu Mar 30 15:23:44 2017, Gabriele, Optics, General, Swapped HeNe laser in CR0 
The JDSU HeNe laser 1103P that I was using is dead. I swapped it with a JDSU 1125P borrowed from the 40m.
Entry  Fri Apr 7 16:19:03 2017, Gabriele, Optics, Daily Progress, New 1103P laser installed 
This afternoon I installed the new Lumentum (former JDSU) HeNe laser, model 1103P in CR0.

Realigned everything.

I installed a sample in the chamber to reflect a beam back inot the QPD. Checking the QPD signals over a hour and more did not show any sign
Entry  Tue Jan 30 09:19:09 2018, Gabriele, Optics, Configuration, Setup for 50mm disks 
I realigned all optical levers to measure the 50mm disks. In brief, I moved the input 2" mirrors, the in-vacuum 2" mirrors and the PZT mirrors
so that the beam hits the 50mm sample and gets back into the QPD. Re-aligned everything to the horizontal reference using water.
Entry  Tue Feb 13 16:28:49 2018, Gabriele, Optics, Configuration, Setup resigned for 75mm disks 
Entry  Thu Mar 8 09:40:10 2018, Gabriele, Optics, Configuration, Realigned all optical levers to horizontal reference 
Entry  Tue Mar 27 16:36:49 2018, Gabriele, Optics, Configuration, Optical levers re-aligned for 50mm substrates 
Entry  Fri Apr 12 09:36:54 2019, Gabriele, Optics, Configuration, Realignment 
I realigned the entire CR1-4 setup

ensured that beam out of the chamber are at 6" height everywhere. Moved some iris to center them
ensured that the beam
hits the 45 degrees in-vacuum mirrors at a height of 3.78" = 96 mm
checked that all incoming beams are roughly centered on the 45 degrees
ELOG V3.1.3-