Large area monochromater for science education

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K02972
• Research Institution: Tsuyama National College of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 誠 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (90413830)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: モノクロメータ / 回折格子 / 光学実験 / 波長可変

Outline of Annual Research Achievements

ガラス平板鏡にレプリカ透過型回折格子を密着させることで，疑似的に反射型回折格子を構成できることを確認した．回折格子シートを鏡表面に平行に固定させることが必要で，そのため接着材による固定を試みた．接着材の塗布斑や気泡の混入を防ぐ工夫を施し，2液混合型エポキシ樹脂接着材により接着させることができた．しかし，接着力が弱く，硬貨した後，容易に剥離する課題が残る．
平板のガラスに回折格子を密着させた平板回折格子の場合，大面積で単色を抽出しようとすると近接波長の角度を持つ光線が重なってしまう問題があることが明確になった．抽出したい特定の波長の光線は回折格子から同じ角度で回折され，入射光が平行光線の場合，平行に回折される．しかし，広い面積で観察する場合，回折格子面の中央とその縁では観察角度が異なるため，入射光の角度広がり以上に，異なる波長の光線を同時に観察することになり，大面積で単色を得ることが難しくなる．これを防ぐために，対向した一組の回折格子間にコリメータを挿入する必要がある．特定の波長の抽出における回折格子の位置関係とコリメータの位置関係は単純でないため，連動して位置を変える機構の工作が面倒である．
この課題を解決する目的で，回折格子を湾曲させて，回折光が焦点を結ぶようにし，コリメータを単純な穴で機能する構成を考案した．湾曲させた回折格子に傾斜を付けて平行光線を入射すると，波長ごとに焦点を結ぶ位置が異なる．この焦点位置を中心に点対象に1組の湾曲回折格子を配置し，焦点位置に絞りを配して抽出したい波長のみをとりだすことができる．回折格子と入射光と回折格子の角度位置関係を反射型回折格子の湾曲形状と光線の集中の状況を計算し，波長抽出と回折格子の対向位置，絞り穴位置の関係を検討している．ミラーと回折格子の保持部材，位置関係の駆動機構を単純化して設計できることを今後検討していく．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

単色抽出を広い面積で行うには不要な波長の光線を除去する必要があるが，当初，面積による角度広がりの効果がさほど影響するとは想定していなかった．単純なコリメーターで対応できるものと予想していたが工夫がさらに必要である．
鏡と回折格子シートの接着にも難しさがある．

Strategy for Future Research Activity

シートミラーと回折格子シートで湾曲反射型回折格子を構成し，レンズを用いない構成を採用し，単純なスライド機構のみでモノクロメータを実現することを目指す．