サブミリ波2000 画素カメラの開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25247022
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成瀬 雅人 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10638175)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ミリ波サブミリ波 / 超伝導MKID検出器 / 広視野冷却光学系 / 宇宙マイクロ波背景放射 / テラヘルツ波パッシブイメージング

Outline of Annual Research Achievements

宇宙マイクロ波背景放射のB-mode偏光観測や遠方銀河の観測のために、ミリ波~サブミリ波の超伝導 MKID (Microwave Kinetic Inductance Detector)の開発を進めた。平成27年度は、600画素 220GHz MKIDカメラの評価と並行して、2000画素カメラの開発に向けて、下記のような要素技術の開発を行った。
ミリ波カメラと望遠鏡を効率よく結合する広視野冷却光学系の開発を進めた。極低温0.1K希釈冷凍機を用いた冷却器の改良を行い、真空窓を15cmから20cmに広げた。これによって視野が約2倍となる。大口径シリコンレンズを入手して、低温における誘電率やロスタンジェントの測定を行った。これにより、さらなる広視野化の目処が立った。シリコンレンズの反射防止膜については、レンズアレイ及び大口径レンズに適用できる設計の検討も進めた。
冷却システムの迷光対策を進めた。当初はMKIDに入射する迷光によって雑音が制限されたいが、様々な工夫によって、十分に低雑音にすることに成功した。断熱のための熱シールドの表面は、emissivityを低くしているが、そこでの反射による光子のもれこみを減らすため、一部の反射面に特殊な黒体を貼り付け、反射を減らした。その黒体は低温、真空中で使用しても問題ないことを確かめた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

MKIDカメラの開発及びそれと天体望遠鏡とを効率よく結合する冷却光学系の開発を順調に進めている。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、2000画素MKIDの試作を始める予定である。冷却光学系や読み出し回路を含めた総合試験を進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Radiation Tolerance of Aluminum Microwave Kinetic Inductance Detector (2016)
  • Author(s): Karatsu, K. Dominjon, A. Fujino, T. Funaki, T. Hazumi, M. Irie, F. Ishino, H. Kida, Y. Matsumura, T. Mizukami, K. Naruse, M. Nitta, T. Noguchi, T. Oka, N. Sekiguchi, S. Sekimoto, Y. Sekine, M. Shu, S. Yamada, Y. Yamashita, T.
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1523-y
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dual-double slot antennas fabricated with single superconducting film for millimeter wave camera (2016)
  • Author(s): Naruse, Masato Nitta, Tom Karatsu, Kenichi Sekine, Msakazu Sekiguchi, Shigeyuki Sekimoto, Yutaro Noguchi, Takashi Taino, Tohru Myoren, Hiroaki
  • Journal Title: International Journal of Infrared, Millimeter, Terahertz Waves Volume: 37 Pages: 128-136
  • DOI: 10.1007/s10762-015-0216-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of MKID focal plane array for LiteBIRD (2015)
  • Author(s): Sekimoto, Yutaro Dominjon, Agnes Noguchi, Takashi Norio, Okada Mitsui, Kenji Obuchi, Yoshiyuki Sekine, Masakazu Sekiguchi, Shigeyuki Shu, Shibo Nitta, Tom Naruse, Masato
  • Journal Title: Proceedings of ESA antenna workshop Volume: - Pages: -
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Frequency Sweeping Readout System for Kinetic Inductance Detectors Based on Submillimeter Radio Astronomy (2015)
  • Author(s): Kiuchi, Hitoshi Okada, Takashi Karatsu, Kenichi Sekimoto, Yutaro
  • Journal Title: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology Volume: 5 Pages: 456-463
  • DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2413751
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] LiteBIRD MKID 焦点面検出器の設計 (2016)
  • Author(s): 関本裕太郎
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] MKID Focal Plane Array for LiteBIRD (2015)
  • Author(s): Y. Sekimoto
  • Organizer: B-mode from Space
  • Place of Presentation: 東京大学 kavli IPMU (千葉県柏市)
  • Year and Date: 2015-12-10 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Broadband and Wide-Field Focal Plane with MKID (2015)
  • Author(s): Y. Sekimoto
  • Organizer: Submm Wave Receiver Technologies in Eastern Asia
  • Place of Presentation: 南京 (中国)
  • Year and Date: 2015-11-22 – 2015-11-25
  • Int'l Joint Research