幾何学的位相と渦位相を利用した立体サニャック干渉光学系の研究

• Project/Area Number: 20656013
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 西川 淳 National Astronomical Observatory of Japan, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2009: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2008: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 応用光学・量子光工学 / 惑星探査 / 干渉計測 / ナル干渉計 / コロナグラフ / 幾何学的位相 / 渦位相

Research Abstract

1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度や明るさの変化などで間接的に約400個が確認され、最近、巨大惑星が直接撮影された。系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出のためには、惑星よりも極めて強い恒星の回折光や波面誤差によるスペックルノイズ(散乱光)を除去(Nulling)し、埋もれていた惑星の光を直接検出する撮像光学システム(コロナグラフと呼ばれる)で10桁以上の広いダイナミックレンジが必要とされている。本研究では、幾何学的位相と渦位相を利用して、可視光全域で6桁を超える消光比の干渉計型コロナグラフを構築し、望遠鏡搭載の目処を得ることを目標とする。本研究は、2段の立体Sagnac干渉計で成り立っている。前段の干渉計は、単体では幾何学的位相により180度の位相差をつけた2光波で打ち消し合うもので、既に2色の光源で1E-6@5λ/D程度の消光比を達成している。2段全体でよく打ち消し合う効果を得るために、今回前段で発生する2光波は、軸外光の伝搬方向は180度の違いを維持しつつ、位相は0度(360度)の強め合う干渉状態になるように波長板を干渉計内に挿入し、また、後段の干渉計は、軸外光の伝搬方向の違いは90度で位相は180度の差をつけて打ち消し合うようにする必要性が確認された。従って2段全体として発生する4光波は、軸外光の伝播方向は0度、90度、180度、270度、と90度ずつずらした方向で、位相は0度、180度、360度、540度、と全体で2波長の渦位相を4つに量子化されていることになる。後段の干渉計は、鏡面数が4、5、6、などの解が得られたが、半透鏡に用いる偏光ビームスプリッターの消光比が全体の消光比を制限することが明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Achromatic deep nulling with a three-dimensional Sagnac interferometer (2009)
  • Author(s): Yokochi, K., Tavrov, V., A., Nishikawa, J., Murakami, N., Abe, L., Tamura, M., Takeda, M., Kurokawa, T.
  • Journal Title: Optics Letters 34 Pages: 1985-1987
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coronagraph Methods on Precise Wavefront Compensation(UNI-PAC)and Deep Achromatic Nulling (2009)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A.V., Takeda M.
  • Journal Title: Exoplanets and disks : their formation and diversity, AIP Conf.Proc. 1158 Pages: 365-368
• [Journal Article] Development of fourth-order nulling coronagraphs for partially resolved stars (2009)
  • Author(s): Murakami, N., Yokochi, K., Nishikawa, J., Tamura, M., Baba, N., Uemura, R., Hashimoto, N., Abe, L., Tavrov, A.V., Kurokawa, T., Takeda M.
  • Journal Title: Exoplanets and disks : their formation and diversity, AIP Conf.Proc. 1158 Pages: 397-398
• [Journal Article] 地球型系外惑星の直接観測に向けた技術開発の躍進 (2009)
  • Author(s): 村上尚史, 西川淳, 横地界斗
  • Journal Title: 天文月報 102 Pages: 195-200
  • NAID: 10024590722
• [Journal Article] Precise wavefront correction with an unbalanced nulling interferometer for exo-planet imaging coronagraphs (2008)
  • Author(s): Nishikawa, J., Abe, L., Murakami, N., Kotani, T.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics 489 Pages: 1389-1398
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Achromatic interfero-coronagraph with two common-path interferometers in tandem (2008)
  • Author(s): A. V. Tavrov, J. Nishikawa, M. Tamura, L. Abe, K. Yokochi, T. Kurokawa, M. Takeda
  • Journal Title: Applied Optics 47 Pages: 4915-4926
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 太陽系以外の惑星を検出するナル干渉計 (2008)
  • Author(s): 西川淳
  • Journal Title: 光学 37 Pages: 595-599
  • NAID: 10024339706
• [Journal Article] Virtual wavefront compensation and speckle reduction in coronagraph by unbalanced nulling interferometer (UNI) and phase and amplitude correction (PAC) (2008)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Abe, L., Murakami, N., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A. V., Takeda, M.
  • Journal Title: Proc. of SPIE 7010
• [Presentation] 非対称ナル干渉と補償光学を融合した系外惑星直接検出のための超高コントラスト撮像法(4) (2010)
  • Author(s): 西川淳, 田村元秀, 横地界斗, 黒川隆志, 村上尚史, ABE Lyu, 小谷隆行, 村上浩, TAVROV Alexander, 武田光夫
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2010-03-25
• [Presentation] High dynamic range coronagraph system for direct detection of exo-planets (2010)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, ABE Lyu, 小谷隆行, 田村元秀, TAVROV Alexander, 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: 第6回太陽系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 2010-01-19
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高ダイナミックレンジコロナグラフシステム (2010)
  • Author(s): 横地界斗, 黒川隆志, 西川淳, 田村元秀, 村上尚史, ABE Lyu, 小谷隆行, 村上浩, TAVROV Alexander, 武田光夫
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-08
• [Presentation] 地球型系外惑星探査ミッション (2010)
  • Author(s): 田村元秀、西川淳、オリビエギヨン、小久保英一郎、芝井広、深川美里、村上浩、中川貴雄、片坐宏一、塩谷圭吾、馬場直志、村上尚史, 他、JTPFワーキンググループ
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-08
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高精度波面補償 (2009)
  • Author(s): 西川淳
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2009(日本光学会年次学術講演会)シンポジウムデジタルオプティクス研究の現状と展望
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター(新潟県)
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] 非対称ナル干渉計と補償光学によるスペックル雑音の低減 (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, アベリュウ, 田村元秀, 黒川隆志
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2009(日本光学会年次学術講演会)
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター(新潟県)
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高精度波面補正法を用いた高ダイナミックレンジ光学システム (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 村上尚史, 西川淳, アベリュウ, 小谷隆行, 田村元秀, タブロフアレキサンダー, 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学(茨城県)
  • Year and Date: 2009-04-01
• [Presentation] Coronagraph methods on precise wavefront compensation (UNI-PAC) and deep achromatic nulling (2009)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A. V., Takeda, M.
  • Organizer: The 2nd Subaru International Conference, Exoplanets and Disks : Their Formation and Diversity
  • Place of Presentation: Kona, USA
  • Year and Date: 2009-03-12
• [Presentation] A Coronagraph with an Unbalanced Nulling Interferometer and Adaptive Optics (2009)
  • Author(s): 西川淳, 横地界斗, 村上尚史, ABE Lyu, 小谷隆行, 田村元秀, TAVROV Alexander, 武田光夫
  • Organizer: Pathways towards habitable planets
  • Place of Presentation: Cosmo Caixa, Barcelona, Spain
• [Presentation] High dynamic range optical system for direct detection of exo-planets by unbalanced nulling interferometer and adaptive optics (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, ABE Lyu, 小谷隆行, 田村元秀, TAVROV Alexander, 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO)
  • Place of Presentation: Baltimore Convention Center, Baltimore, U.S.A.
• [Presentation] 太陽系外の地球型惑星の直接観測ミッションの動向(2008) (2008)
  • Author(s): 村上尚史, 西川淳, 田村元秀, 芝井広
  • Organizer: 第52回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 淡路
  • Year and Date: 2008-11-07
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための非対称ナル干渉計と補償光学による高ダイナミックレンジ光学システム (2008)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, Lyu ABE, 小谷隆行, 田村元秀, Alexander TAVROV, 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2008-11-05
• [Presentation] 非対称ナル干渉と補償光学を融合した系外惑星直接検出のための超高コントラスト撮像法(3) (2008)
  • Author(s): 西川淳, 村上尚史, 田村元秀, 横地界斗, 黒川隆志, Lyu ABE, 小谷隆行, Alexander TAVROV, 武田光夫
  • Organizer: 日本天文学会2008年秋季年会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2008-09-13
• [Presentation] Achromatic characteristics in 3-D Sagnac interferometer based on geometric phase shift (2008)
  • Author(s): Yokochi, K., Tavrov, A. V., Nishikawa, J., Abe, L., Tamura, M., Takeda, M, Kurokawa, T.
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
  • Place of Presentation: San Jose, USA
  • Year and Date: 2008-05-05