2015 Fiscal Year Annual Research Report
インフレーション宇宙探索のための低温広帯域偏光変調器の開発
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15H05441
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
松村 知岳 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 宇宙航空プロジェクト研究員 (70625003)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | インフレーション / 偏光変調機 / 半波長板 / 超伝導軸受け |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙マイクロ波背景放射のB-mode偏光観測はインフレーション仮説に対し感度を持つ。世界的にその探索へ熾烈な競争があるが、現在の実験感度では強い制限を与えるに至らない。本研究提案では統計、及び系統誤差を同時に低減できる偏光変調器を開発する。特に変調器の広帯域性、そして自身の熱放射を押さえる4 Kでの動作、を同時に達成することで、初期宇宙探索で鍵となる前景放射除去に必須となる広帯域高感度観測が可能となる。これにより代表的な single-field slow-rollインフレー ションモデル(r～0.001)の探索に必要かつ実装可能な偏光計を確立する。現在、この偏光変調器のプロトタイプを作成及び評価を行っている。このプロトタイプは二つに分かれ、回転駆動部と光学素子としての半波長板、である。回転駆動部はφ100MM程度の超伝導軸受け及び保持機構によって構成される。このプロトタイプ回転駆動部はGM冷凍機により４Kに冷却するクライオスタットを持ちいて、５K以下での動作試験を行っている。極低温ステッピングモーターを用いた保持機構の動作、連続回転、エンコーダーを用いた回転位置の決定、回転子の共鳴周波数などの評価を行った。これらの成果はその成果は２本の論文としてまとめた。また、光学素子としての広帯域反射防止膜の研究開発は、φ50mmのサファイア、アルミナサンプルにレーザー微細加工を用いモスアイ加工を行うことで広帯域反射防止膜を作成し、評価結果を論文として投稿し、掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
以下に２７年度の掲げた開発項目及び、それぞれについて現在までの進歩状況を示す。
レーザー微細加工による広帯域反射防止膜の開発： ピラミッド形状のモスアイ加工をドイツLaser Zentrum Hannoverにて行った。レーザー加工により現在1:3のアスペクト比を持つピラミッド形状を作ることができ、構築したミリ波透過率測定装置にて６０－１４０GHz程度の周波数領域で透過率特性を評価した。
低温モーターの開発： 低温モーターを試験するために、超伝導磁気軸受けを用いた試験システムを構築した。このシステムは５K程度にて冷却環境下で動作する。一方で、低温モーターのプロトタイプを常温かで準備を行っている。この低温モーターは二つに区分され、ドライブ回路とモーターそのものになる。前者はRaspberry Piを用いてサイン波シグナルを作成し、コイルに供給する。後者は磁石とコイルにてACモーターを構成する。コイルのコアには発熱の低減を考慮しmolyperamalloyを用いたもの、またコアレスコイル（アルミを母材とし、スリットを入れることで発熱の低減を行う）を作成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下に２８年度に掲げた開発項目及び、それぞれについて今後推進方策を記す。
レーザー微細加工による広帯域反射防止膜の開発： ピラミッド形状にてアスペクト比１：３から１：５、そして１：１０に向けて加工の最適化を行う。また、加工速度の最適化も行うことにより、大面積（D～400mm）でも加工可能にする。また、光学評価としては現在１４０GHzまで評価可能な測定系を拡張し、特に高周波数側の測定環境を整える
低温モーターの開発： すでに準備中の低温用コイルを用いた試験を前述のGM冷凍機クライオスタットにて行う。また、回転子用の磁石の最適化が重要だということが昨年度判明し、回転子の磁場の非一様性を低減するための磁石設計お同時に行う。また、 ～φ250 mmの大型試験環境及び試作機の設計もφ100mmのプロトタイプでの経験を踏まえて進める。
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[Journal Article] LiteBIRD: Mission Overview and Focal Plane Layout2016
Author(s)
T. Matsumura , Y. Akiba, K. Arnold, J. Borrill, R. Chendra, Y. Chinone, A. Cukierman, T. de Haan, M. Dobbs, A. Dominjon, T. Elleflot, J. Errard, T. Fujino, H. Fuke, N. Goeckner-wald, N. Halverson, P. Harvey, M. Hasegawa, et al.
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: 185
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測衛星LiteBIRDに向けた半波長板偏光変調器開発2015
Author(s)
松村知岳, 石野宏和, 宇都宮真, 片山伸彦, 片坐宏一, 菅井肇, 関本裕太郎, 永田竜, 羽澄昌史, 舟木巧, 山本亮
Organizer
日本物理学会
Place of Presentation
大阪市立大学
Year and Date
2015-09-25 – 2015-09-28
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