2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of optical telescopes with nano-second time resolution and sub-miliarcsecond angular resolution
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20K20929
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
齋藤 隆之 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60713419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪目 祐介 東京大学, 宇宙線研究所, 技術職員 (90869710)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | SiPM / ダークカウント / MUSIC ASIC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の肝である強度干渉系の実現には、光センサーの出力波形の幅が、数ナノ秒以下である必要がある。一方で、光センサーSiPMの出力波形は、300 ns秒の長いテールを持つ。さらに、SiPMは素子面積が小さく、LSTカメラの光学系の集光性能と望遠鏡の大きさからすると、少なくとも４素子の素子の信号を足しあげる必要がある。信号の合算と波形整形を行い、さらに信号の振幅の増幅もできるASIC、"MUSIC" （Multiple Use SiPM Integrated Circuit) を購入し、その試験を行った。
まず、評価基板を購入し、波形整形、信号合算、振幅の増幅のテストをした。波形の整形は問題がなく、パルス幅を3 nsにまでおとせた。信号の合算もできたが、ノイズが多くのり、抵抗やコンデンサで実現した信号合算回路よりも、S/N比は悪化してしまった。振幅の増幅には問題がなかった。
評価基板での試験でおおまかにMUSICの性能を確認したのち、本研究の用途にあるような基板を作成してみた。しかしながら、出力に多くノイズが乗ってしまい、ほとんど使い物にならないものとなった。グラウンド層を強化した基板を作成することで、ノイズは改善した。
また、SiPMのダークカウントのスタディも行った。SiPMは入射光がなくても、熱的な励起によって信号が放出される。そのレートが、夜光によるレートと同程度以上になると、強度干渉計としての性能も悪化する。測定の結果、温度２５度におけるレートは、阻止によっては夜光と同じレベルになることが判明した。冷却して使う必要があることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
半導体不足で、基板を作るときに部品がなかなかそろわないなど、進捗が妨げられた。MUSICチップのノイズが評価基板で予想されたものよりずっと大きかったのも、進展を妨げた。しかしながら、SiPMの波形整形や、信号合算が実現可能であることが示たのは大きな一歩だったと思う。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初はPMTとSiPMを一ピクセルずつ載せ、その前に回転式のフィルターをつけるという計画であったが、これまでの成果をみて軌道修正し、SiPM一ピクセルのモジュールを作成することにする。それでも本来の目的である、サブミリ秒の角度分解能、ナノ秒の時間分解能をもった光学望遠鏡の実現は十分可能である。
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| Causes of Carryover |
本研究に適したSiPM素子を、浜松ホトニクスに開発してもらう予定だった。しかし、昨今の半導体不足から、年度内に納品は難しいことが判明し、発注できなかった。次年度に発注することになる。それに付随して、制御基板や、機械的な治具の制作も進められず、予算が余ることとなった。
次年度は、早急のそれらの発注をし、制作を急ピッチで進めていく。
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