2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of cryogenically cooled broadband polarization modualtor to probe the inflationary universe
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15H05441
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松村 知岳 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任准教授 (70625003)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | インフレーション仮説の検証 / 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測 / 偏光変調器 / 広帯域反射防止機構 / 低温駆動機構 / 超電導軸受 |
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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ことを目的とした。
本計画では連続回転半波長板を用いた低温広帯域偏光変調器の開発要素は、光学的要素である半波長板の広帯域反射防止膜と低温メカトロニクスである超伝導軸受けを用いたモーター部に分類できる。広帯域反射防止膜はナノ秒UVレーザーを用いて反射防止微細構造の形状最適化およびその形状の作成をミリ波光学的に評価可能な面積に対し作成し、35GHzから265GHzまでの帯域にて90%以上の透過率が実現できることを示した。また、低温駆動機構を構成する軸受け及びモー ター部については、実機サイズに准ずる内径400mmの超電導軸受の試作機を作成した。４K環境にて浮上試験および熱的性能および熱モデルの検証を行なった。回転中の発熱を低減するには回転子用の磁石の最適化が重要であり、回転子の磁場の非一様性を低減するための磁石設計を行なった。メーカー製造により磁場の非一様性は1%程度を実現した。また、半波長板材料であるサファイアの宇宙空間での使用を想定し、ラグランジュ第２点にて５年分に対応する陽子ビームをサファイアに照射し、その性能の変化を照射前後で比較した。1%程度の精度で透過率を測定した結果、変化はノイズの範囲内であることを示した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(33 results)
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[Presentation] インフレーション仮説の検証を目的としたLiteBIRDの偏光変調器の開発概要2017
Author(s)
松村知岳, 桜井雄基, 片山伸彦, 菅井肇, 飯田輝人, 大崎博之, 寺尾悠, 下村俊貴, 小林洋平, 今田大皓, 山本亮, 宇都宮真, 片坐宏一, 羽澄昌史, 石野宏和, 小松国幹, 中村正吾, 高久諒太, 金井啓晃, 他 LiteBIRD Phase-A1 team
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] LiteBIRDで使用する光学部材の陽子線による影響(5)2017
Author(s)
片岡雄一郎, 小松国幹, 石野宏和, 樹林敦子, 魚住聖, 山田要介, 喜田洋介, 秀平直人, 松村知岳, 片山伸彦, 羽澄昌史, 南雄人, 中村正吾, 山下徹, 藤野琢郎, 金井啓晃, 鈴木有春, Ben Westbrook, Oliver Jeong, Ian Shirley, Johannes Hubmayr, 他LiteBIRDPhase-A1 team
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] Thermal characteristics of a 400mm diameter levitating rotor in a superconducting magnetic bearing operating below at 10K for a CMB polarization experiment2017
Author(s)
Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya
Organizer
13th European Conference of Applied Superconductivity
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of the broadband anti-reflection coating on sapphire using a sub-wavelength structure for a CMB polarization experiment2017
Author(s)
T. Matsumura, S. Hanany, H. Imada, H. Ishino, N. Katayama, Y. Kobayashi, K. Komatsu, K. Konishi, M. Kuwata-Gonokami, S. Nakamura, H. Sakurai, Y. Sakurai, R. Takaku , S. Utsunomiya, Q. Wen, K. Young, J. Yumoto
Organizer
29th IEEE International Symposium on Space Terahertz Technology (ISSTT2018)
Int'l Joint Research
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[Presentation] LiteBIRDで使用する光学部材の陽子線による影響(6)2017
Author(s)
片岡雄一郎, 小松国幹, 石野宏和, 樹林敦子, 魚住聖, 喜田洋介, 秀平直人, 松村知岳, 片山伸彦, 桜井雄基, 羽澄昌史
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] 宇宙マイクロ波背景放射Bモード偏光観測衛星LiteBIRDの偏光変調器の開発概要2017
Author(s)
片山伸彦, 松村知岳, 桜井雄基, 菅井肇, 飯田輝人, 大崎博之, 寺尾悠, 下村俊貴, 今田大皓, 山本亮, 宇都宮真, 片坐宏一, 羽澄昌史, 石野宏和, 小松国幹, 中村正吾, 高久諒太, 金井啓晃, 他, LiteBIRD phase A1チーム
Organizer
日本物理学会
