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多素子超伝導体電波カメラの集積化に向けたビーム測定系の開発

Publicly

Project AreaThe Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages -
Project/Area Number 24111712
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Astronomical Observatory of Japan

Principal Investigator

唐津 謙一  国立天文台, 先端技術センター, 研究員 (80624783)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2013: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2012: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords電波天文学 / 超伝導電波カメラ / 宇宙物理
Research Abstract

宇宙の始まりをプローブできる宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のBモード偏光は極めて微細な信号であり、その観測のためには高感度かつ多素子(1000素子規模)の超伝導電波カメラが必要である。そこで、研究代表者は高感度かつ多素子化が容易なMKID(Microwave Kinetic Inductance Detector:超伝導共振器)カメラの開発を行っている。
研究代表者はMKIDを平面アンテナに結合させるデザインを採用しており、集光系にはシリコン製の合成楕円レンズ(半球レンズと平面延長部を組み合わせたもの)を用いている。このとき、レンズの大きさがビームパターンの質やMKID素子の集積度合、及び素子数に効いてくる。
本研究の目的は、MKIDカメラのビームパターン測定系を構築すること、及び、ビームパターンを正確に測定することによってカメラの性能評価を行い、その結果を元にアンテナやレンズデザインの最適化を行うことである。更に、最適化されたデザインを用いてCMB精密観測用地上望遠鏡に搭載するための1000素子規模のMKIDカメラの設計を行うことも目標とする。
これまでの研究において、計算上CMBに対する感度が最適化された、約600素子のMKIDカメラを設計、製作した。また、600素子を同時に読み出す事が可能な読み出し回路の開発も行った。
平成25年度の研究成果として、100mKまで冷却可能な、希釈冷凍機を用いたビームパターン測定系の構築を行い、600素子MKIDカメラの性能評価を行った。また、評価結果を元にアンテナデザイン及びレンズサイズに修正を加え、CMB精密観測用地上望遠鏡に搭載するための約800素子のMKIDカメラの設計を行った。
以上、本研究では当初の目的をおおむね達成することができたと言える。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Measurement of MKID Performance with High-speed and Wide-band Readout System2014

    • Author(s)
      K.Karatsu, M.Naruse, T.Nitta, M.Sekine, S.Sekiguchi, Y.Sekimoto, T.Noguchi, Y.Uzawa, H.Matsuo, H.Kiuchi
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: (Published online) Pages: 0-0

    • DOI

      10.1007/s10909-014-1115-7

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Closed-Packed Silicon-Lens Antennas for Millimeter-Wave MKID Camera2014

    • Author(s)
      Nitta, T., Karatsu, K., Sekimoto, Y., Naruse, M., Sekine, M., Sekiguchi, S., Matsuo, H., Noguchi, T., Mitsui, K., Okada, N., Seta, M., Nakai, N.
    • Journal Title

      J Low Temp Phys

      Volume: Published online Pages: 684-690

    • DOI

      10.1007/s10909-013-1028-x

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Anti-Reflection Coating for Cryogenic Silicon and Alumina Lenses in Millimeter-Wave Bands2014

    • Author(s)
      Nitta, T., Sekiguchi, S, , Sekimoto, Y.,Mitsui, K, Okada, N., Karatsu, K.,Naruse, M., Sekine, M., Matsuo, H.,Noguchi, T., Seta, M., Nakai, N.
    • Journal Title

      J Low Temp. Phys

      Volume: (印刷中) Pages: 1-1

    • DOI

      10.1007/s10909-013-1059-3

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Beam Pattern Measurement of Miillimeter-Wave Kinetic Inductance Detector Camera with Direct Matched Silicon Lens Array2013

    • Author(s)
      T.Nitta, M.Naruse, Y.Sekimoto, K.Mitsui, N.Okada, K.Karatsu, M.Sekine, H.Matsuo, T.Noguchi, Y.Uzawa, M.Seta, N.Nakai
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      Volume: 3 Pages: 56-62

    • DOI

      10.1109/tthz.2012.2235123

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical efficiencies of Lens-Antenna Coupled Kinetic Inductance Detectors at 220 GHz2013

    • Author(s)
      M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, K. Karatsu, T. Nitta, M. Sekine, Y. Uzawa, T. Taino, and H. Myoren
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      Volume: 3 Pages: 180-186

    • DOI

      10.1109/tthz.2012.2237029

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of 1000 arrays MKID Camera for the CMB Observation2012

    • Author(s)
      Karatsu, K., Naruse, M., Nitta, T., Masakazu Sekine, Yutaro Sekimoto, Noguchi, T., Uzawa, Y., Matsuo, H., Kiuchi, H.
    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: 8452

    • DOI

      10.1117/12.925775

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 精密宇宙観測のための600素子超伝導共振器(MKID)カメラの開発とその性能評価2014

    • Author(s)
      唐津謙一
    • Organizer
      2014年春季物理学会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測衛星LiteBIRDのための多素子超伝導共振器カメラの設計2013

    • Author(s)
      唐津謙一
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      埼玉大学(埼玉県)
    • Year and Date
      2013-03-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of MKID Performance with High-speed and Wide-band Readout System2013

    • Author(s)
      Kenichi Karatsu
    • Organizer
      15th Low Temperature Detectors
    • Place of Presentation
      Pasadena Convention Center, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射(CMB)精密観測のための多素子超伝導共振器(MKID)カメラの開発2013

    • Author(s)
      唐津謙一
    • Organizer
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of 1000 arrays MKID Camera for the CMB Observation2012

    • Author(s)
      Kenichi Karatsu
    • Organizer
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • Place of Presentation
      Amsterdam RAI, Netherlands
    • Year and Date
      2012-07-01
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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