2019 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Near-Infrared Tunable Filter for Research of Star-formation Activity by 3D Spectroscopy

Research Project

Project/Area Number	18H01249
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	高橋英則東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80361567)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	美濃和陽典国立天文台, ハワイ観測所, 准教授 (60450194) 児玉忠恭東北大学, 理学研究科, 教授 (80343101)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	チューナブルフィルター / 近赤外線 / 3次元分光 / 星形成活動 / 大質量星クラスター
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題「3次元分光で探る星形成活動研究のための近赤外波長可変狭帯域フィルターの開発」において、該当年度に行う予定であった分光器の詳細設計において、その重要な機構である波長走査を行うための駆動素子の入手が困難となっていた。そのため、改めて入手可能な駆動素子を再考し、候補となる複数のピエゾ素子について制御系や発熱、低温での動作安定性、サーマルサイクルを行ったのちの駆動再現性などの試験等を行った。その結果、国際的な製品開発・入手状況なども鑑み、本目的に最適な極低温・真空環境で使用できるピエゾ素子の試験機を入手をすることができた。これは使用温度（～100K）で、5-10nm程度の分解能で制御が可能であり、これによってファブリ・ペロー分光に必要な光学素子の平行性を維持しながら、エタロン間隔を変化させること（即ち波長スキャン）が可能になる。さらに分光器を形成するコンポーネントが揃ったことで、分光モジュールの概念設計を行うことが可能になったため、より現実的な観測装置の前置光学系としての設計も進めた。完成の後、効率的なモジュールの活用を見据えて、搭載候補地との連絡を密に行って検討を進めた。当初は大口径望遠鏡がある国立天文台ハワイ観測所の赤外観測装置の前置光学系への搭載を検討していたが、昨今の社会情勢などを考慮し、国内外の中小口径望遠鏡への搭載も視野に入れいてる。さらにサイエンスの議論は、近赤外線面分光観測の世界的な進捗・動向を注視しながら、迅速かつ確実に、また効果的な成果が得られるよう観測ターゲットやfeasibilityなどの検討会も行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 入手予定だった駆動素子の入手を進めようとしたところ、当初の想定に反し、メーカー側の生産中止および使用環境での保証が得られらないことがわかり、入手が不可能となった。そのため入手可能な代替駆動素子についての再調査・再検討を行うこととなった。さらに、代替駆動素子の基本性能の確認実験計画、モジュールの構造の変更を視野に入れた機械系および制御系の再設計を行なうこととなった。さらに代替品の入手においても世界的な半導体や材料等の不足も相まって、開発に遅れが生じている。また新型コロナウイルス蔓延の影響で、機器や製品を目の前にした対面での打ち合わせ、海外渡航を行うことができず、予定からの遅延が生じた。
Strategy for Future Research Activity	本研究における研究課題は、赤外線観測用波長走査型フィルター（チューナブルフィルター）を開発し、大口径望遠鏡の観測装置の前置光学モジュールとして搭載、その実用可能性を示すことである。その分光モジュールの製作に向けて、波長走査を行うための駆動素子のテスト機を入手することができた。次いで、これまでに行った分光モジュールの基礎開発・概念設計の結果を進展させ、実用的な分光器の詳細設計の後、実際の製作を進める。面分光チューナブルフィルター（ファブリ・ペロー分光器）を実現するための開発項目としてメインになるのは、この光学素子（平行におかれた2枚のエタロン）の平行度を保持しつつ、微小距離の走査を行うための駆動機構の開発である。これまでに、低温駆動が可能なピエゾ素子の入手およびそれを用いた分光器の概念設計までがほぼ終了しており、それが実現可能であるという判断のもと、搭載モジュールとしての詳細設計を進め、早期の分光器完成を目指す。並行して、不必要な透過光（次数）の光をカットするオーダーソーターの設計も進める。本研究の目的では波長可変のオーダーソーターが必要であり、それを含めたモジュール全体の制御系の設計・開発も行う。またこの分光モジュールを用いた観測計画も並行して進め、分光モジュール完成の後観測所のタイミングを見計らって試験観測を遂行する。具体的に検討を始めているサイエンスの議論に基づいて、早期に結果を導出すること目指す。