| Project/Area Number |
23K22544
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| Project/Area Number (Other) |
22H01273 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
松田 有一 国立天文台, アルマプロジェクト, 助教 (20647268)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都築 俊宏 国立天文台, 先端技術センター, 研究技師 (10930430)
満田 和久 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 量子場計測システム国際拠点, 特任教授 (80183961)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
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| Keywords | 超大型光学宇宙望遠鏡 / 回折光学素子 / 超小型衛星 / 編隊飛行 / 回折光学系 / 系外惑星 / 初代星 / 超大型宇宙望遠鏡 / 回折光学 / 磁気編隊飛行 |
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| Outline of Research at the Start |
太陽系の外にある第2の地球候補の表層環境や、初期宇宙の初代星へのガス降着による円盤構造を直接空間分解して調べるには、宇宙空間に超大型の光学宇宙望遠鏡を打ち上げる必要がある。そして、このような超大型光学宇宙望遠鏡は、回折光学素子を持つ超々小型衛星を電磁石で相対位置を保ちながら大群で編隊飛行させることで実現できる可能性がある。そこで本研究では、回折光学系のスケールモデルを製作し、地上実験と光学シミュレーションを比較することで、概念の原理検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽系外の地球型惑星表面を空間分解可能な超大型光学宇宙望遠鏡概念の原理検証に向け、以下の開発研究を推進した。
研究[1] 低振動スケールモデルによる複数開口回折光学系の誤差感度の検証：複数の回折光学素子を用いた光学アラインメントによる集光への誤差感度を評価し、さらにその波面誤差を評価するために、独立基礎上への光学定盤移設および光学定盤へのブース、および、暗幕の設置を行い、振動や空気揺らぎの少ない実験環境を構築した。波面測定とその分析を理論解析の結果、回折光学系における非点収差などの課題を明らかにした。
研究[2] 回折光学系の広帯域化の検討：回折光学素子の色収差による影響を調べるため、レーザー光源に代わる低コヒーレンス光源による光学系を考案し、必要な機器の選定と調達を行い、実験系の構築を行った。
研究[3] 回折光学系の高回折効率化の検討：通常の望遠鏡に使用されるレンズやミラーに比べて、回折光学素子は、効率も低いとされており、感度の面で解決すべき課題がある。回折効率については、現在実験に使用している最もシンプルな明暗格子（効率１０％程度）に比べて、格段に効率を上げることができる可能性を持つ位相複数段回折光学素子の試作を行い、その性能評価のための実験系を構築した。
研究[4] 可変液晶回折光学系の使用可能性の検討：回折光学素子として、自由に回折パターンを変えられる液晶を使うことができれば、軌道上での各衛星の位置・姿勢のずれを光学系で補正できる可能性がある。しかし、液晶は原理的に偏光を使用するため、複数開口回折光学系における偏光による集光への影響をまずは評価する必要がある。回折光学系の可変化に関して、実験内容や構成を考案し検討に必要となる透過型空間位相変調器の選定、発注を行い、実験系を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2022年度は、国立天文台先端技術センターの実験室において、2つの部分回折光学素子、レーザー光源、誤差付与用のヘキサポッド、ビームプロファイラを用いて、1つの部分回折光学素子による点源像、および、2つの部分回折光学素子による合成点源像の測定を行った。そして、数値計算との比較の結果、位置ずれ、角度ずれ、間隔による空間分解能への誤差感度を調べるためには、より低振動環境下での実験が必須であることが判明した。そのため、2023年度は、まずは実験系の低振動化環境下への移設、および、各コンポーネントに対する振動対策を実施し、誤差感度評価に必要な精度を持つスケールモデルの構築を行った。その上で、回折光学系の高解像度化に関する実験を進め、広帯域化、可変化、高効率化に関する実験系の構築を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究[1] 低振動環境下における複数開口回折光学系誤差感度評価実験：低振動化環境下に移設し、各コンポーネントに対する振動対策を実施したスケールモデルを用いて、複数開口回折光学系の誤差感度評価のための詳細実験を行う。
研究[2] 回折光学系の広帯域化に向けた検討：通常の望遠鏡に使用されるレンズやミラーに比べて、回折光学素子は一般に色収差が大きく、同時観測可能な波長帯域の面で解決すべき課題がある。色収差による影響を調べるための自然光による光源を製作し、回折光学系の広帯域化に必要な補正光学系の検討を行う。
研究[3] 回折光学系の高効率化に向けた検討：回折光学系のもう一つの大きな課題として感度（回折効率）が挙げられる。現在実験に使用している最もシンプルな明暗格子（効率１０％程度）に比べて、格段に効率を上げることができる可能性を持つ位相複数段回折光学素子の本計画への使用可能性について試作品を用いた検証を行う。
研究[4] 可変液晶回折光学系の使用可能性の検討：回折光学素子として、自由に回折パターンを変えられる液晶を使うことができれば、軌道上での各衛星の位置・姿勢のずれを光学系で補正できる可能性がある。しかし、液晶は原理的に偏光を使用するため、複数開口回折光学系における偏光による集光への影響を評価する実験を行う。
研究[5] 望遠鏡の大口径化に伴う集光感度への影響調査：部分回折光学素子の数を増やして望遠鏡の口径を大きくしても個々の開口サイズは変わらないため、口径と開口サイズの比が大きくても十分な感度が得られるのかを数値シミュレーション（必要であればスケールモデル）によって検証する。
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