次世代CMB偏光観測衛星の高感度化を目的とした広帯域シリコンレンズの開発

Research Project

Project/Area Number	22K14052
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	長谷部孝東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任研究員 (30794169)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	宇宙物理学 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 反射防止コーティング / シリコン / ドライエッチング / 宇宙物理 / マイクロ波光学 / 反社防止コーティング
Outline of Research at the Start	宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の偏光観測によって、インフレーション仮説の検証が可能である。インフレーションの精密検証には、衛星によるCMB偏光の全天観測が必須である。衛星観測における感度向上のためには望遠鏡の広帯域化が最も有効な手法である。本研究では、申請者が開発したドライエッチングを用いた多段微細構造加工技術の手法を、曲面加工へ応用することによって、サブミリ波長領域を広くカバーするシリコン集光レンズを開発する。本研究の成果によりこれまでにない高周波・広帯域かつ高感度のCMB 観測望遠鏡の開発が可能となり、次世代CMB 偏光観測衛星による主要インフレーションモデルの徹底検証に貢献する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題は、申請者が開発したシリコン平板への多段ドライエッチング加工による反射防止コーティング加工技術を、レンズ曲面加工へ発展させるための研究を行った。曲面への加工では、平面と同様にフォトマスクによるパターン転写を行っても精度のよいパターンは得られない。そこで文部科学省マテリアル先端リサーチインフラを利用し、豊田工業大学マイクロメカトロニクス研究室の佐々木実教授に、水溶性フィルムを用いた曲面へのパターン転写の技術代行を依頼した。本研究では、1層目パターン用フォトマスク上にポリビニルアルコール(PVA)フィルムを張り付けレジストを塗布した。1層目パターンを露光後、反対面より2層目パターン用フォトマスクを用いて露光することで1層のレジストに2層のパターンを露光することに成功した。次にフィルムのレジスト塗布面をシリコンレンズ曲面に真空チャンバー内で吸着させる。PVAフィルムを水で溶解させた後、レンズ曲面に吸着したレジストのパターン現像を行うことで、曲面上に精度のよいパターンを得る。レンズは直径25mm、曲率半径130mmの平凸シリコンレンズを用いた。レンズ曲面に180マイクロメータ周期で幅135マイクロメータ、73マイクロメータの2種類の正方形パターンを転写した。その後武田先端知クリーンルームにてドライエッチング加工を行うことでシリコンレンズ曲面に2段のステップ構造が加工できることを確認した。本研究の成果によってレンズ曲面上で多段ドライエッチング加工による反射防止コーティング技術の立証に成功した。