2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Millimetric Adaptive Optics

Research Project

Project/Area Number	17H06206
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	田村陽一名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10608764)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	川邊良平国立天文台, 電波研究部, 教授 (10195141)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2021-03-31
Keywords	電波天文学 / 補償光学 / ミリ波 / 電波望遠鏡 / 計測工学
Outline of Annual Research Achievements	電波望遠鏡において、鏡面精度を担保したままアンテナを大口径化・高周波(テラヘルツ)化することは、あらたな天文学領域を開拓するうえで重要である。本研究課題では、既存あるいは将来の地上ミリ波サブミリ波望遠鏡に搭載し、風負荷・熱変形・重力変形による(主)鏡面精度の低下を実時間で補償する光学システム「ミリ波補償光学」の基礎研究を行う。本研究では、電波天文学のネイティブな波面計測技術である開口合成干渉法を利用した波面計測システムを提案し、低周波数(20GHz)かつ少数素子(5素子)の波面計測システムを開発し、野辺山45m望遠鏡に搭載して、40ミクロンr.m.s.の精度で実時間の波面測定が可能なことを実証することを目的とした。本年度は、以下の３点を波面計測センサの開発を実施した。 (1) 波面センサ送信機サブシステムの開発：参照雑音発生器の製作、長距離伝送を可能にする光変調器の製作、およびこれらの実験室内での評価を行った。 (2) 野辺山45m望遠鏡との光学系結合試験：波面センサでは、参照信号を実際の望遠鏡光学系を伝搬させることで、その光学系の歪みを検出する。そこで、国立天文台野辺山宇宙電波観測所の協力の下、参照雑音発生器を45mミリ波望遠鏡に一時的に搭載し、主鏡面から受信機に至る実際の望遠鏡光学系と結合する試験を実施した。これにより、光学系を経由して受信された参照信号強度が、物理光学計算と整合的であることを実証した。 (3) 実験室内の総合試験：参照雑音発生器、光変調・復調器、放射器、常温受信機、前年度までに開発した相関器を、実際の望遠鏡評価と同等の構成で組みあげ、システム全体の波面測定精度の評価を行った。この結果、実験室内という理想的な環境において、10ミクロンr.m.s.という超過経路長の測定が可能なことを実証した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題で推進している波面センサの開発は、あらたな共同研究者の参加等の実行体制の強化により、順調に進展した。波面センサの開発に関しては、前年度までに、単一周波数の人工電波源を参照光源とした当初の概念設計に対して、広帯域雑音を参照光源とするより高確度の波面計測原理を考案し、仕様と設計の変更によって計画の遅れが生じていた。この新たな仕様のもと、参照雑音発生器、光伝送システム、広帯域放射器の製作・評価が進展した。さらに、これらの総合試験についても進展があった。波面センサを搭載・試験する予定の野辺山45m電波望遠鏡における光学系結合がボトルネックであったが、参照信号の放射結合試験により、物理光学計算により予想される光学結合度と整合する結果を得ることができた。また、実験室内においても、望遠鏡搭載時に使用する実際の状況を模した超過経路長測定試験を行う実験系を組み上げ、システム全体の系統的誤差の大きさを評価することができた。依然として、望遠鏡搭載のための開発項目が残るものの、これにより今後の望遠鏡搭載試験への見通しを得ることができた。
Strategy for Future Research Activity	(1) 波面計測センサの開発継続：野辺山45m電波望遠鏡における波面センサの試験を見据え、屋外に露出する装置の耐候仕様への改修、長距離伝送用配線材の製作、中間周波数系の構築を行う。 (2) 波面計測ソフトウェアの開発：これまで実験室測定で用いていたアドホックなプログラム群を集約し、波面計測センサによって超過経路長を計測するソフトウェアを開発する。 (3) 野辺山45m電波望遠鏡における波面計測試験：実験室内での評価に基づき、耐候仕様とした装置群を国立天文台野辺山45m望遠鏡に一時持ち込みし、超過経路長計測を行う試験を実施する。この際、前年度までに整備した、望遠鏡構造に設置された加速度計と気象（風向風速）システムを併用し、望遠鏡の外的要因がもたらす望遠鏡構造の変形（加速度計＋気象モニタ）と、波面センサが検出する光学系光路内の超過経路長変化の相関を調査する。