2023 Fiscal Year Annual Research Report
サブミリ波帯多色観測による銀河団プラズマダイナミクスの解明
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22KJ0583
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宇野 慎介 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | 電波天文学 / ミリ波サブミリ波 / 平面アンテナ / 超伝導フィルター / 超伝導検出器 / 超伝導エレクトロニクス / 微細プロセス技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、広視野かつミリ波サブミリ波帯の広い周波数範囲にわたる観測により銀河団の動的進化を解明することを目的として、広視野6色同時撮像が可能な多色カメラの開発を進めた。この多色カメラの実現に当たっては、望遠鏡焦点面に設置する超伝導光子検出器アレイの多色化および広帯域化が重要な開発課題である。本年度は、多色カメラに搭載する150/220/270GHzの3色検出器アレイの回路設計および試作、測定評価を行った。
特に設計面においては、多色検出器の広帯域化に向けて平面アンテナの設計を更新した。本設計では検出器アレイの製造難易度を下げるために一連の検出器回路をシリコン基板上の超伝導体単層の平面パターンで構成する。従来的な単層のレンズ結合型平面アンテナであるダブルスロットアンテナでは帯域幅が不十分であることから、代わりに先行研究で比帯域100%に近い広帯域が得られるとされている類型の単層平面アンテナを新規に設計した。3次元電磁界シミュレーションを用いて周波数特性を解析し、3色全体の帯域にわたって良好な結合効率を持ち、またビームパターンが広帯域にわたって従来のダブルスロットアンテナと遜色ないような設計最適解が得られた。この広帯域平面アンテナにこれまで設計してきたオンチップのバンドパスフィルター、そして超伝導光子検出器であるマイクロ波力学インダクタンス検出器(MKID)を繋ぎ合わせることで、ミリ波の3色検出器ピクセル全体を製造難易度の低いほぼ単層構造のみかつ最小寸法2μmで構成することに成功した。
以上の検出器設計に基づく試作機として8ピクセル多色検出器アレイの製作および極低温試験を実施した。フィルターと結合したMKIDがほぼ設計通りの共振周波数で読み出せただけでなく、検出器アレイ前面に黒体光源を設置した場合の放射温度変化に対するMKIDの応答も確認した。
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[Presentation] GLTCAM: Concept of Multi-color Millimeter and Submillimeter Camera for the Greenland Telescope2023
Author(s)
Shinsuke Uno, Tatsuya Takekoshi, Toyo Naganuma, Shuhei Inoue, Kianhong Lee, Kah Wuy Chin, Ryosuke Yamamura, Yuka Niwa, Kazuki Watanabe, Kazuyuki Fujita, Yuki Kimura, Shunichi Nakatsubo, Toshihiro Tsuzuki, Ryohei Kawabe, Kotaro Kohno, Tai Oshima
Organizer
The 20th International Conference on Low Temperature Detectors
Int'l Joint Research
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[Presentation] ミリ波サブミリ波多色カメラに向けたオンチップ準集中定数フィルターの設計2023
Author(s)
宇野慎介, 陳家偉, 井上修平, 河野孝太郎, 大島泰, 小野哲, 酒井剛, 長沼桐葉, 山村亮介, 竹腰達哉, 丹羽佑果, 渡邉一輝
Organizer
日本天文学会2023年秋季年会
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[Presentation] Design of on-chip lumped element bandpass filters for multichroic imaging in submillimeter astronomy2023
Author(s)
Shinsuke Uno, Kah Wuy Chin, Tai Oshima, Satoshi Ono, Takeshi Sakai, Akira Endo, Kenichi Karatsu, Jochem J. A. Baselmans, Tatsuya Takekoshi, Kotaro Kohno, Shuhei Inoue, Toyo Naganuma, Yuka Niwa, Ryosuke Yamamura, Kazuki Watanabe
Organizer
36th International Symposium on Superconductivity
Int'l Joint Research / Invited
