ナル干渉計と補償光学を融合した高ダイナミックレンジ光学系の研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19360036
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 西川 淳 National Astronomical Observatory of Japan, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• Keywords: 応用光学・量子光工学 / 惑星探査 / 干渉計測 / 補償光学 / 波面誤差 / ナル干渉計 / コロナグラフ / 波面補償

Research Abstract

TPF(太陽系外の地球型惑星の直接検出)ミッションでは、10桁のダイナミックレンジを得るために、中心星を減光するコロナグラフ手法と、散乱光(スペックル)ノイズを減らすλ/10000rms精度の波面補正法が必要である。独自の超高精度波面補正法(UNI-PAC法)とコロナグラフの組合せでそれを実現し、日本の技術のTPFへの搭載を目指す。UNI-PAC法は、非対称ナル干渉(UNI)における中心星光の不完全な消去に伴う波面誤差の拡大効果のため、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学がλ/1000精度でも、初期波面換算ではλ/10000に相当する波面補正を可能とする、コロナグラフ業界で画期的な発明である。
UNI-PAC法は実験的にも、ほぼ理論どおりの振る舞いが実証された。まず、UNI部では、中心星の消去率に応じた波面誤差の拡大現象が観測され、次のPAC部において波面誤差の再補正に成功した。これらの過程における電場の複素振幅は理論どおりの推移を示している。λ/150レベルの光学系で到達できた実効的な波面精度は、波面誤差拡大率の約6倍分良いλ/600レベルである。
3D Sagnac法(立体的な光路を用いたサニャック干渉計)コロナグラフを後段に置いて、UNI-PAC+コロナグラフ全体を通した観測も行った。焦点面のスペックルノイズは、理論より少ないがPACによる減少が観測され、ほぼUNI-PAC法の有効性が実証された。
新しいコロナグラフである、8分割位相マスク法では、消光比の光の入射角に対する4次特性が実証され、大きさのある恒星で4分割マスク法より高い消光比が得られる可能性が証明された。また、フォトニッククリスタルデバイスを用いた偏光干渉法によってアクロマティック性も実証された。

Research Products

• [Journal Article] 地球型系外惑星の直接観測に向けた技術開発の躍進 (2009)
  • Author(s): 村上尚史, 西川淳, 横地界斗
  • Journal Title: 天文月報 102 Pages: 195-200
• [Journal Article] Precise wavefront correction with an unbalanced nulling interferometer for exo-planet imaging coronagraphs (2008)
  • Author(s): Nishikawa, J., Abe, L., Murakami, N., Kotani, T.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics 489 Pages: 1389-1398
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Eight-Octant Phase-Mask Coronagraph (2008)
  • Author(s): Murakami, N., Uemura, R., Baba, N., Nishikawa, J., Tamura, M., Hashimoto, N., Abe, L.
  • Journal Title: Pub. Astron. Soc. Pacific 120 Pages: 1112-1118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Four-Quadrant Phase Mask Coronagraph with a Jacquinot-Lyot Stop (2008)
  • Author(s): Murakami, N., Uemura, R., Baba, N., Sato, Y., Nishikawa, J., Tamura, M.
  • Journal Title: Astrophys. J. 677 Pages: 1425-1432
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Achromatic interfero-coronagraph with two common-path interferometers in tandem (2008)
  • Author(s): A. V. Tavrov, J. Nishikawa, M. Tamura, L. Abe, K Yokochi, T. Kurokawa, M. Takeda
  • Journal Title: Applied Optics 47 Pages: 4915-4926
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 太陽系以外の惑星を検出するナル干渉計 (2008)
  • Author(s): 西川淳
  • Journal Title: 光学 37 Pages: 595-599
• [Journal Article] Virtual wavefront compensation and speckle reduction in coronagraph by unbalanced nulling interferometer (UNI) and phase and amplitude correction (PAC) (2008)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Abe, L., Murakami, N., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T, Tavrov, A. V., Takeda, M.
  • Journal Title: Proc. of SPIE 7010 Pages: 70102A-1-70102A-5
• [Journal Article] Laboratory experiments on the 8-octant phase-mask coronagraph (2008)
  • Author(s): Murakami, N., Uemura, R., Baba, N., Shibuya, H., Nishikawa, J., Abe, L., Tamura, M., Hashimoto, N.
  • Journal Title: Proc. of SPIE 7010 Pages: 70101J-1-70101J-8
• [Presentation] Coronagraph methods on precise wavefront compensation (UNI-PAC) and deep achromatic nulling (2009)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A. V., Takeda, M.
  • Organizer: The 2nd Subaru International Conference, Exoplanets and Disks : Their Formation and Diversity
  • Place of Presentation: Kona, USA
  • Year and Date: 2009-03-12
• [Presentation] Development of 4th-0rder Nulling Coronagraphs for Partially Resolved Stars (2009)
  • Author(s): Murakami, N., Yokochi, K., Nishikawa, J., Tamura, M., Baba, N., Uemura, R., Hashimoto, N., Abe, L., Tavrov, A. V., Kurokawa, T., Takeda, M.
  • Organizer: The 2nd Subaru International Conference, Exoplanets and Disks : Their Formation and Diversity
  • Place of Presentation: Kona, USA
  • Year and Date: 2009-03-09
• [Presentation] 太陽系外惑星直接撮像のための8分割位相マスクコロナグラフの開発 (2009)
  • Author(s): 村上尚史, 植村亮介, 馬場直志, 西川淳, 田村元秀, 橋本信幸, Lyu ABE
  • Organizer: 第9回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 相模原
  • Year and Date: 2009-01-05
• [Presentation] TPFのための高精度波面補正法と立体Sagnac Null干渉型コロナグラフ (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 黒川隆志, 西川淳, 村上尚史, 田村元秀, 武田光夫, Lyu ABE, 小谷隆行, Alexander TAVROV
  • Organizer: 第9回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 相模原
  • Year and Date: 2009-01-05
• [Presentation] 太陽系外の地球型惑星の直接観測ミッションの動向(2008) (2008)
  • Author(s): 村上尚史, 西川淳, 田村元秀, 芝井広
  • Organizer: 第52回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 淡路
  • Year and Date: 2008-11-07
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための非対称ナル干渉計と補償光学による高ダイナミックレンジ光学システム (2008)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, Lyu ABE, 小谷隆行, 田村元秀, Alexander TAVROV, 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2008-11-05
• [Presentation] 非対称ナル干渉と補償光学を融合した系外惑星直接検出のための超高コントラスト撮像法(3) (2008)
  • Author(s): 西川淳, 村上尚史, 田村元秀, 横地界斗, 黒川隆志, Lyu ABE, 小谷隆行, Alexander TAVROV, 武田光夫
  • Organizer: 日本天文学会2008年秋季年会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2008-09-13
• [Presentation] 偏光ナル干渉ビームコンバイナを用いたコロナグラフの開発 (2008)
  • Author(s): 村上尚史, 西川淳, 田村元秀, 横地界斗, 黒川隆志, 武田光夫, 馬場直志, 吉澤正則
  • Organizer: 日本天文学会2008年秋季年会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2008-09-13
• [Presentation] Achromatic characteristics in 3-D Sagnac interferometer based on geometric phase shift (2008)
  • Author(s): Yokochi, K., Tavrov, A. V., Nishikawa, J., Abe, L., Tamura, M., Takeda, M., Kurokawa, T.
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
  • Place of Presentation: San Jose, USA
  • Year and Date: 2008-05-05