2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Millimetric Adaptive Optics
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17H06206
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田村 陽一 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10608764)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川邊 良平 国立天文台, 科学研究部, 教授 (10195141)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 電波天文学 / 補償光学 / ミリ波 / 電波望遠鏡 / 計測工学 |
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| 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、当初計画に基づき、以下を実施した。
(1) 実験室における波面センサの総合試験:前年度までに完了した波面センサの電気的な線形性、安定性等の評価結果をもとに波面センサの素子(送信機サブシステム)を複数個製作した。また、これらの波面センサ全体を統括する制御システムを構築し、総合試験を実施した。
(2) 野辺山45m望遠鏡への波面センサ(2素子)の搭載と試験観測:製作した波面センサの2素子プロトタイプを国立天文台野辺山45m鏡に搭載し、実証試験を行った。この結果、2素子ともに干渉縞を検出することに成功した。また、任意のタイミングで開口面上の2点の超過経路長を測定できることも示した。これらの結果 をSPIE国際光学会の国際会議で発表するとともに、論文として出版した (Tamura et al., 2020, SPIE Proc., Vol. 11445, p. 114451N)。
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| 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、望遠鏡への搭載と実証試験、それらの成果の国際会議(査読あり)での発表等、総括へ向けて順調に進展した。
波面センサの開発に関しては、前年度までに基本的なハードウェアの設計製作を終えるとともに、実験室における線形性、感度、安定性の評価、望遠鏡との光学結合度試験、簡易的な制御試験を完了している。この結果を踏まえて、本年度は実験室における複数素子の波面センサの制御システムの構築および動作試験を実施し、少なくとも2素子波面センサを動作させることが可能となった。
さらに、このプロトタイプの波面センサを実際の大型電波望遠鏡に搭載し、実証することにも成功した。本年度11月に国立天文台野辺山45m電波望遠鏡に、2素子波面センサを搭載するキャンペーンを実施した。コロナ禍による移動制限や制御上の障害等により当初計画より時間を要したものの、当初予定していた開口面干 渉法による超過経路長の実時間計測を実証することに成功した。システム全体の長期的(>>1min)な安定性は今後の課題であるが、短期的(<1min)な時間スケール では100ミクロンr.m.s.を切る優れた精度での超過経路長の計測が可能なことを示した。これらの成果を即時論文としてまとめ、同年12月のSPIE (国際光学会)国際会議で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 波面計測センサ送信機サブシステム素子の増強:今年度に実施した野辺山45m電波望遠鏡における実証試験では、実際に望遠鏡に設置できたセンサ素子は2素子のみであった。今後は、耐候仕様を施したセンサ3素子を追加製作し、素子数増加に伴う光スイッチの改修を実施する。製作や改修を完了した装置群を、野辺山45m鏡に設置する作業を夏期に行い、5素子波面センサとした上で、同年秋期に同望遠鏡における実証試験を継続する。
(2) 波面センサ出力データ解析と波面再構築:これまでの進展で、波面センサの出力から望遠鏡主鏡面(開口面)上のセンサ設置点から焦点までの光路長を100 ミクロンr.m.s.を切る精度で計測できることを示した。(1)の項目の完了により波面センサの5素子化に成功すれば、開口面上の1点の光路長だけでなく、「波面」の傾きや曲率を計測することが可能となる。この波面の再構築を行うデータ解析を行い、同時計測している加速度計や気象モニタのデータとあわせて、波面劣化と望遠鏡の物理変形の間に存在する関係を明らかにする。
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Wavefront sensor for millimeter/submillimeter-wave adaptive optics based on aperture-plane interferometry2020
Author(s)
Yoichi Tamura, Ryohei Kawabe, Yuhei Fukasaku, Kimihiro Kimura, Tetsutaro Ueda, A. Taniguchi, N. Okada, H. Ogawa, I. Hashimoto, T. Minamidani, N. Kawaguchi, N. Kuno, Y. Togami, M. Hagimoto, S. Nakano, K. Matsuda, S. Okumura, T. Nakamura, M. Kurita, T. Takekoshi, T. Oshima, T. Onishi, K. Kohno
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Journal Title
Proceedings of the SPIE
Volume: 11445
Pages: 114451N-1~9
DOI
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[Journal Article] The Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST)2020
Author(s)
Klaassen, Pamela D.; Mroczkowski, Tony K.; Cicone, Claudia; Hatziminaoglou, Evanthia; Sartori, Sabrina; De Breuck, Carlos; Bryan, Sean; Dicker, Simon R.; Duran, Carlos; Groppi, Chris; Kaercher, Hans; Kawabe, Ryohei; Kohno, Kotaro; Geach, James
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Journal Title
Proceedings of the SPIE
Volume: 11445
Pages: 114452F-1~20
DOI
Int'l Joint Research
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