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
Entry  Tue Aug 15 00:09:01 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD Improvements 10x
2017-08-14


I did my best to increase the excitation in the higher order modes. By making the ESD narrower (a 6mm electrode overlap)
the higher order excitation is improved drastically, by factors of between 10 and 30 for most modes.  I also created a double ESD (see image) that
excited the modes by a factor of 3 or more better than the thinner drive. The plotted ratios are relative to the original geometry, but both of these geometries
Entry  Tue Aug 15 16:43:58 2017, Zach, Electronics, Modeling, Unchanged Mode Insight Double.pdfThin.pdfOriginal.pdf
2017-08-15


It appears to me that the major factor limiting the improvement of the modes that either remain equal or diminish is that
the original design was already quite good at exciting those modes. As can be seen in the attached plots, the original design is about as well centered
over the 5 modes as a rectangle on the x axis can be. As a result, maintaing a constant potential on the ESD it would be difficult to improve the coupled
Entry  Wed Aug 16 10:04:24 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD along edge edge.jpgoverlay15.jpgoverlay15.jpg
2017-08-16


I placed created a very narrow ESD placed along the edge of the sample. The thought behind this is that it will not cross
over into any other modes that will cancel out the force. However, it does not appear to couple force into enough of the area of the disk to cause a worthwhile improvement,
as can be seen in the plot, more modes lost amplitude than gained and some were worse by as much as a factor of 1000.


Entry  Wed Aug 16 11:36:13 2017, Zach, Electronics, Modeling, Middle ESD  middle.jpgoverlay23.jpgoverlay23.jpg
2017-08-16


I created a model with a drive offset in the middle. It improved one of the modes by a factor of 14 or so, but overall,
it diminished the vast majority of the modes by as much as a factor of 100. 


Entry  Wed Aug 16 16:05:09 2017, Zach, Electronics, Modeling, Two ESD First test Double_Modes.jpgTwo.jpgTwoESD_geo.png
2017-08-16


I created a model with two ESD's, essentially a combination of my previous two attempts with one ESD on the edge and
one closer to the center of the disk. This test was quite successful compared to previous trials, the improvement seems to be on an average of a factor
of 10. No modes are weakened by this design. I am going to run a sweep adjusting the central ESD and see what placement is best.
Attached is
Entry  Thu Aug 17 14:19:04 2017, Zach, Electronics, Modeling, Two ESD Optimization 17x
2017-08-17


I ran a sweep of the position of the middle ESD to determine the optimal arrangement. From the original geometry I offset
the central ESD between -2 mm and 11 mm. From the plots below I conclude that the optimal geometry is the one that is shifted 2 mm to the right of the
original design. 
The first plot is the sweep data as a ratio to the data of the current geometry for all modes. The second plot is the
Entry  Thu Aug 17 23:34:51 2017, Zach, Electronics, Modeling, Optimized ESD Drawing OptimizedESD.pdf
2017-08-17


I made a drawing of the Optimal ESD design. The bottom combs (right hand in the rotated image) are set to ground and the
5 arm comb is set to a positive voltage and the 2 arm comb is set to a negative voltage. 


Entry  Fri Aug 18 10:50:53 2017, Zach, Electronics, Modeling, ESD's with positive voltage two_positive.jpg
2017-08-18


With both electrodes driven at a positive voltage, the results are still an improvement over the original design, but
by smaller factors, particularly in 3 of the higher frequency modes at around 2 and 3 kHz. With another parametric sweep I may be able to find a better
design. The opposite voltage was useful because it could couple force in opposite directions to adjacent anti-nodes with opposing signs. An adjusted configuration
Entry  Fri Aug 18 14:15:47 2017, Zach, Electronics, Modeling, Same Voltage ESD Sweep two_positive_ratio_sweep.pdf-2mm_two_positive.jpg3mm_two_positive.jpg-2mm_two_positive.jpg
2017-08-18


I ran a sweep of the central position in the two ESD setup with both set at the same voltage. There were two designs that
maximized excitation by different metrics, the design with a 3 mm shift from the original design maximized excitation overall, but the 20 kHz mode was
worse by a bout a factor of 5. The design with a -2 mm shift maximized the high frequency modes, particularly the modes most affected by the shift.
MATLAB
Entry  Fri Aug 18 15:10:23 2017, Zach, Gabriele, Electronics, Modeling, ESD prototype Crime_ESD_Zach_prototype.pdf
2017-08-18


We created a prototype of PCB for the ESD design. Unfortunately the orientation of the two combs was flipped, so it will
require some creative mounting to get right. The final design had a 6 mm offset between the two combs, .5 mm traces and 1 mm gaps between them The vertical
traces are 12 mm long and there is a 3.75 mm gap between the end of the vertical traces and the opposite horizontal one. The ESD will arrive on Tuesday
Entry  Wed Nov 9 15:32:11 2016, Gabriele, General, Noise hunting, Noise below 2 kHz is not due to the roughing pump, but to the clean air filters Screenshot-1.pngScreenshot.png
The two spectra below show basically no difference (blue roughing pump on, red, roughing pump off)



Instead, below is another comparison: blue same as before, standard condition, red with one of the two clean air filters momentarily off. There
Entry  Thu Nov 10 17:04:05 2016, Gabriele, General, Noise hunting, Temporary second QPD 2016-11-10_10.56.06.jpgspectra.pngcoherence_x.png
This morning I installed temporarily a second QPD to monitor the input beam. The goal was to understand where the vibrations at frequencies below 2kHz
couple from. As shown in the photo, the second QPD was close to the first one.

Entry  Sun Nov 13 10:11:19 2016, Gabriele, General, Noise hunting, Noise due to air air_noise.pngair_zoom.png
The plot below compares the QPD signal spectra in different configurations (roughing pump on/off, air on/off).

The noise below ~<2kHz is making very hard to measure the Q of the first mode at 1100 Hz

The main source of noise are the clean air filters. I switched them to minimum for the moment being.
Entry  Wed Nov 23 08:55:41 2016, Gabriele, General, Noise hunting, "Advanced" vibration isolation 2016-11-22_15.22.13.jpgvibration_isolation.png
In normal conditions the RMS of the QPD signals is dominated by the 58 Hz line generated by the roughing pump. Also, when the modes are excited, they
exhibit large sidebands at +- 58 Hz that are an annoyance for the analysis.

I improved a bit the level of the 58 Hz in the QPD signals by putting the roughing pump on top of a "Very Useful Box":
Entry  Tue Nov 29 17:02:06 2016, Gabriele, Facility, Noise hunting, Suspending the roughing pump 2016-11-29_11.08.17.jpg2016-11-29_11.12.35.jpg2016-11-29_11.08.21.jpg
I suspended the roughing pump with four springs. The reduction of the 58 Hz peak is similar to what I got when the pump was sitting on a box. So most
of the coupling is due to acousting noise.

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  Thu Mar 2 11:27:47 2017, Gabriele, General, Noise hunting, Turbo pump of CR0 pollutes CR1 Screenshot.png
The turbo pump of the CR0 chamber runs at 833 Hz. It causes vibrations that pollute the measurements in the CR1-4 chamber. In particular CR1 is extremely
sensitive and the line is highly up-converted. It's not clean why CR1 is more sensitive than CR2-3-4.

Entry  Tue Sep 27 08:53:46 2016, Gabriele, General, Vacuum, Etched disk installed 
Installed the etched disk: using manually the centering ring allowed me to get the beam on the QPD. A couple of taps to the disk were enough to get the
beam centered.

Pump down started at 8:52am
Entry  Mon Oct 17 10:50:50 2016, Gabriele, General, Vacuum, No sign of problems in the electrostatic drive 
I opened the chamber and took the etched disk out. Inspection of the electrostatic drive does not show any sign of burn or damage.

So it seems that the problem we had previously was due to contamination of the chamber (in the first case) or of the ESD (in the second case)
Entry  Fri Oct 21 14:03:17 2016, Gabriele, General, Vacuum, Roughing pump moved compare_pump.pngimprovement_pump.png
I moved the roughing pump out of the clean room, adding an extension hose.

 

This reduced a lot the vibrations induced by the pump. In the past when the pump was running we often saw very large noise, see the red trace
Entry  Mon Nov 7 11:27:16 2016, Gabriele, General, Vacuum, Turbo pump excites some resonance at 58 Hz 
I looked into a couple of turbo pump switch on periods, and in both cases when the pump speed hits 58 Hz, a resonance is excited. I'm not sure what's
resonating.

Today I let the roughing pump reduce the pressure to a level lower than usual, and this seems to mitigate the effect. The disk wasn't shaking
Entry  Mon Nov 14 11:28:33 2016, Gabriele, General, Vacuum, Viton pads 2016-11-14_10.41.47.jpg2016-11-14_10.41.57.jpgviton.png
I added three 1"x1" viton pads below the base plate, and realigned the entire optical system to the horizontal reference

Entry  Thu Nov 17 12:06:39 2016, Gabriele, General, Vacuum, Switching on the IGM moves the disk igm_on.png
Here's a trend of the QPD signals when the IGM was turned on:



Turning it off does not bring the disk back.
Entry  Thu Jan 19 07:32:33 2017, Alena, General, Vacuum, New chamber first pimp down unnamed.jpg
The new chamber was build. The first attempt to pump down was unsuccessful because of dislocated lid. After the lit was placed properly, the chamber
was pumped down to 0.1 torr within 8 min. In future a sky hook will be used to help placing the lid properly. The clamps should not be placed on the lid
before the roughing pump turned on.
Entry  Thu Jan 19 12:49:17 2017, Gabriele, Facility, Vacuum, Skyhook installed IMG_4241.JPGIMG_4241.JPGIMG_4241.JPGIMG_4241.JPG
The SkyHook has been put in place and bolted down to the floor.

Entry  Thu Jan 19 14:27:02 2017, Alena, General, Vacuum, First vacuum test new chamber 20170119.png
Turbo pump controller (new chamber) was configured. Need to reduce the frequency or setup a standby mode. First pump down: E-7 range reached within about
an hour. See plot: blue - old crime chamber, pink - new crime chamber.

Entry  Tue Jan 31 16:50:55 2017, Gabriele, Alena, General, Vacuum, First pump-down with setup 
This afternoon we started the pump-down with all the system installed into the chamber. Unfortunately the IGM vacuum gauge isn't working, so we can't
be sure what the pressure is. To be fixed
Entry  Tue Mar 27 16:37:22 2018, Gabriele, General, Vacuum, Turbo pump for test chamber CR0 set point 
I changed the set point of the test chamber turbo pump to 666 Hz. This was done by setting the "standby rotation speed" to 80% and enabling
the standby condition.
Entry  Thu Apr 12 10:33:06 2018, Gabriele, General, Vacuum, Read-out of vacuum gauges gauges.pngpressures.png
I failed to interface in a reliable way the datalogger with Linux. So i hooked up the four analog outputs of the vacuum gauge controller to the fast
ADC. The voltages are read and saved to disk at a reduced rate (16 Hz, throught the epics channels):

X3:CR0-VACUUM_VAC1_OUTMON
Entry  Tue May 28 15:48:42 2019, Alena, General, Vacuum, Low pressure gauge exchange 
After venting the vacum chamber (CR14) a few times, checking for leaks and trying to tune settings to the gauges controller, I gave up. I removed the
low pressure gauge from the newer vaccum system (CR14). Inspection did now show any obviouse depositions around the electrode (due to some burns). I will
pack the gauge ans send it to the manufacture for an RMA. Took the same gause from the older vaccum system (CR0) and installed it on CR14. Started pumping
ELOG V3.1.3-