初期宇宙探査のための超高感度アレイデバイスの研究開発

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: The Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages -
• Project/Area Number: 21111003
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 大谷 知行 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツイメージング研究チーム, チームリーダー (50281663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152) ; 樋口 岳雄 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (40353370) ; 石野 宏和 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90323782) ; 都丸 隆行 高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 助教 (80391712)
• Keywords: 宇宙マイクロ波背景放射(CMB) / 宇宙赤外線背景放射(CIRB) / 超伝導トンネル接合素子(STJ) / Cooper対解離 / 検出器

Research Abstract

本計画研究の目的は,「宇宙創成の物理」解明に不可欠な宇宙マイクロ波背景放射(CMB)および宇宙赤外線背景放射(CIRB)観測用の1000画素クラス超伝導アレイ検出器の開発である.平成22年度は、入射放射による超伝導体中のCooper対解離を用いた量子型検出器として、超伝導トンネル接合素子(STJ)検出器の研究の推進に加えて、Cooper対解離を用いる点では同じ(従って、感度も同じ)だが膜構造と信号読み出し法が異なるマイクロ波力学インダクタンス検出器(MKIDs)も並行して研究を行った。その結果、感度NEP=10^<-17>W/√Hz、16chアレイ作製・読み出しを実現した。また、交流信号を用いた多チャンネル信号の読み出しの実現に向けて検討を行った。具体的には、MKIDsの共振ピークの減衰を見る従来型の吸収型読み出しに加えて、共振ピークそのものを測定する透過型読み出しを新たに考案・作製し、ミリ波検出に成功した。また、多色での検出を目指すために、従来のコプレナー導波路(CPW)型MKIDsに加えてマイクロストリップ線路(MSL)型MKIDsの開発も開始した。また、多チャンネル同時読み出しのために、フィードバック機構を導入した周波数トラッキングを行うFPGAを開発し、大ダイナミックレンジを確保できることを確認した。さらに、計画研究A01と連携して冷凍機・光学系を含む地上観測用システムの開発を進めた。

Research Products

• [Journal Article] 宇宙背景放射観測のための超電導検出器の開発 (2010)
  • Author(s): 大谷知行
  • Journal Title: 超電導Web21 Volume: 2 Pages: 5-5
• [Journal Article] Development of superconducting THz detectors for Cosmic Microwave Background observation (2010)
  • Author(s): Chiko Otani
  • Journal Title: Superconductivity Web21 Volume: 2 Pages: 5-5
• [Journal Article] Evaluation of a Terahertz Detector based on a Superconducting Tunnel Junction Coupled to a Thin Superconductor Film (2010)
  • Author(s): S.Ariyoshi, T.Taino, A.Dobroiu, H.Sato, H.Matsuo, C.Otani
  • Journal Title: Proc.'34th international conference on infrared, millimeter, and terahertz waves Pages: T5E06.0372
• [Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射偏光測定用Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs)における多チャンネル読み出しの開発 (2011)
  • Author(s): 服部香里, 石野宏和, 小倉典子, 樹林敦子, 三澤尚典, 美馬覚, 佐藤伸明, 都丸隆行, 羽澄昌史, 吉田光宏, 渡辺広記, 有吉誠一郎, 大谷知行
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大
  • Year and Date: 20110325-20110328
• [Presentation] CMBカメラ開発におけるアルミ超伝導トンネル接合素子(STJ)の基礎特性評価 (2011)
  • Author(s): 美馬覚, 石野宏和, 樹林敦子, 服部香里, 小倉典子, 三澤尚典, 羽澄昌史, 吉田光宏, 佐藤伸明, 都丸隆行, 渡辺広記, 有吉誠一郎, 大谷知行
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大
  • Year and Date: 20110325-20110328
• [Presentation] LiteBIRD搭載用超伝導検出器カメラの開発 (2011)
  • Author(s): 石野宏和, 吉田光宏, 羽澄昌史, 渡辺広記, 服部香里, 美馬覚, 樹林敦子
  • Organizer: 第11回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所相模原
  • Year and Date: 20110105-20110107
• [Presentation] LiteBIRDにおける全天スキャンおよびデータサイズの研究 (2011)
  • Author(s): 服部香里、石野宏和、樹林敦子、美馬覚、三澤尚典、吉田光宏, 羽澄昌史, 渡辺広記
  • Organizer: 第11回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所相模原
  • Year and Date: 20110105-20110107
• [Presentation] 超伝導共振器を用いたミリ波サブミリ波カメラの開発 (2011)
  • Author(s): 成瀬雅人, 関本裕太郎, 新田冬夢, 野口卓, 鵜澤佳徳
  • Organizer: 第11回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA/ISAS相模原
  • Year and Date: 20110105-20110107
• [Presentation] サブミリ波カメラ搭載用シリコンレンズアレイの開発と広帯域反射防止構造の設計 (2011)
  • Author(s): 新田冬夢、成瀬雅人、関本裕太郎、松尾宏、野口卓、鵜澤佳徳、岡田則夫、三ツ井健司、瀬田益道、中井直正
  • Organizer: 第11回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA/ISAS相模原
  • Year and Date: 20110105-20110107
• [Presentation] テラヘルツ帯・超伝導検出器の開発とイメージング応用 (2011)
  • Author(s): 有吉誠一郎
  • Organizer: 低温工学協会第7回冷凍部会例会
  • Place of Presentation: 早稲田大(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-11
• [Presentation] 超伝導テラヘルツ検出器の開発 (2011)
  • Author(s): 大谷知行, 有吉誠一郎, 高橋研太, 古賀健祐
  • Organizer: 第11回テラヘルツ電磁波産業利用研究会「テラヘルツ科学を支える低温技術」
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-28
• [Presentation] 超伝導トンネル接合によるテラヘルツ波検出 (2011)
  • Author(s): 大谷知行
  • Organizer: 日本学術振興会超伝導エレクトロニクス第146委員会センシングシステム分科会第3回研究会
  • Place of Presentation: 東京・機械振興会館(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] 超伝導共振器を用いたサブミリ波帯検出器アレイの開発 (2010)
  • Author(s): 成瀬雅人, 関本裕太郎, 新田冬夢, 野口卓, 鵜澤佳徳
  • Organizer: 日本天文学会2010年秋季年会
  • Place of Presentation: 金沢大
  • Year and Date: 20100922-20100924
• [Presentation] サブミリ波帯シリコンレンズアレイの反射防止構造の設計 (2010)
  • Author(s): 新田冬夢、中井直正、成瀬雅人、関本裕太郎、松尾宏、野口卓、鵜澤佳徳、岡田則夫、三ツ井健司
  • Organizer: 日本天文学会2010年秋季年会
  • Place of Presentation: 金沢大
  • Year and Date: 20100922-20100924
• [Presentation] アルミ超伝導トンネル接合素子(Al-STJ)を用いたCMB偏光カメラの開発 (2010)
  • Author(s): 美馬覚, 石野宏和, 樹林敦子, 服部香里, 小倉典子, 三澤尚典, 羽澄昌史, 吉田光宏, 佐藤伸明, 都丸隆行, 渡辺広記, 有吉誠一郎, 大谷知行
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 九州工業大学
  • Year and Date: 20100911-20100914
• [Presentation] 宇宙背景放射偏光精密測定小型衛星LiteBIRDの全天スキャンの最適化とデータサイズの研究 (2010)
  • Author(s): 服部香里, 石野宏和, 樹林敦子, 美馬覚, 三澤尚典, 羽澄昌史, 吉田光宏
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 九州工業大学
  • Year and Date: 20100911-20100914
• [Presentation] 小型科学衛星LiteBIRDのデータ収集システムの開発(1) (2010)
  • Author(s): 三澤尚典, 石野宏和, 服部香里
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 九州工業大学
  • Year and Date: 20100911-20100914
• [Presentation] Evaluation of a Terahertz Detector based on a Superconducting Tunnel Junction Coupled to a Thin Superconductor Film (2010)
  • Author(s): S.Ariyoshi, T.Taino, A.Dobroiu, H.Sato, H.Matsuo, C.Otani
  • Organizer: 35th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2010)
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 20100905-20100910
• [Presentation] 小型科学衛星LiteBIRDの全天スキャンの最適化とデータサイズの研究 (2010)
  • Author(s): 服部香里, 石野宏和, 樹林敦子, 美馬覚, 羽澄昌史, 吉田光宏
  • Organizer: CMBワークショップ2010
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス
  • Year and Date: 20100607-20100610
• [Presentation] テラヘルツ帯での伝送線路型超伝導検出器の設計 (2010)
  • Author(s): 高橋研太, 有吉誠一郎, 野口卓, 大谷知行
  • Organizer: 第82回2010年度春季低温工学・超伝導学会
  • Place of Presentation: 川崎
  • Year and Date: 20100512-20100514
• [Presentation] マイクロ波超伝導共振器を用いた天文観測用サブミリ波帯検出器アレイの開発 (2010)
  • Author(s): 成瀬雅人, 関本裕太郎, 新田冬夢, 野口卓, 鵜澤佳徳
  • Organizer: 東北大電気通信研究所共同プロジェクト研究会「High-Qマイクロ波超伝導共振器を用いた大規模量子検出アレイに関する研究」
  • Place of Presentation: 東北大・電気通信研究所(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] 超伝導トンネル接合素子を用いたテラヘルツイメージング (2010)
  • Author(s): 大谷知行
  • Organizer: 低温工学協会東北・北海道支部第15回超伝導・低温若手セミナー
  • Place of Presentation: 洞爺湖(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-30
• [Remarks]
  • URL: http://cbr.kek.jp/a02-gaiyo.html