2015 Fiscal Year Annual Research Report
１．９THｚ帯天文ヘテロダイン分光観測の為の導波管型超伝導HEBミクサ素子の開発
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26287033
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
前澤 裕之 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00377780)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 電波天文学 / 地球惑星科学 / 超伝導デバイス / リモートセンシング / ヘテロダイン分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ(THz)帯は電波と赤外の波長の狭間にあり、検出器の開発が立ち遅れてきたため、未開拓の波長領域となっている。我々は、星間ガスの冷却に重要な炭素イオン(CII)、酸素原子(OI)や高励起線、地球や惑星大気の酸化反応を司るOHラジカルなど、重要なスペクトル線がひしめく1.8-2 THz帯に着目しており、本研究では超伝導NbTiN細線による1.9THz帯ホットエレクトロンボロメータ(HEB)ミクサ素子の開発を推進している。本年は、導波路やホーンアンテナを実装したミクサマウントの設計と微細加工による製作、極低温冷凍機の温度振動を緩和する専用の冷却光学系の設計・製作を完了した。さらにHEB素子の光露光マスク、電子ビーム描画による細線集光部のパターンを作成し、素子の製作を開始した。また、HEB受信機を、SMILESの後継ミッションSMILES2衛星など、地上望遠鏡・気球・航空機・衛星に搭載したTHz天文学/惑星科学の展開について検討・議論を実施した。
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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
・解析モデルと3次元電磁界シミュレーションにより設計し、E/H面の対称性、サイドローブレベルを改良したダイアゴナルホーンを設計し、導波路とホーンアンテナを実装したミクサマウントを微細加工により製作した。また、専用の冷却光学系をGRASPを用いて設計し、極低温冷凍機の温度振動を緩和する素材を用いて製作した。さらにHEB素子の光露光マスク、電子ビーム描画による細線集光部のパターンを作成し、素子の製作を開始した。現在良好な超伝導特性を示す素子の製作が可能となっている。また、HEB受信機を、SMILESの後継ミッションSMILES2衛星など、地上望遠鏡・気球・航空機・衛星に搭載したTHz天文学/惑星科学の将来の展開について検討・議論を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
・HEB素子を製作したマウント・新光学系にアセンブリーし、性能評価（安定性、感度、IF帯域）を行う。
・新規設計製作したダイアゴナルホーンのビームパターンの計測・評価を行う。
・HEB素子のモデル計算に性能評価をフィードバックし、細線構造を最適化する。
・超伝導サブミリ波リム放射サウンダ（SMILES）の後継としてSMILES2衛星ミッションのワーキンググループが発足しており、本HEBミクサ素子をSMILES2衛星に搭載する可能性等も検討を進める。そのための、HEB素子を用いた地球・惑星大気観測の放射輸送シミュレーションを実施する。将来の航空機・衛星などを用いた本格的なTHz天文学/惑星科学へと発展させる。また、星間ガス・彗星・衛星タイタンなどにおける有機分子の生成を模したプラズマ放電環境化の化学反応プロセスを追うため、本HEBミクサ素子を用いてプラズマガスのTHz診断を実施する。
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| Causes of Carryover |
ダイアゴナルホーンについて、解析モデルと3次元電磁界シミュレーションにより、より良いデザインの解があることが分かった。また、既存の冷却システムとプラズマ分光システム間を、設計したホーンのビームで2m以上先まで放物面鏡１枚でシンプルに平行光を伝送する冷却光学系を設計できることが分かった。このように、特性のより良いコンポーネントを設計できる可能性が得られたため、再設計・製作に時間を要した。このため、これらを用いた性能評価が次年度にかかることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記理由を受けて、次年度は、素子の製作・加工、コンポーネントへの実装と性能評価、素子プロセスへのフィードバック、の流れを繰り返す実験開発を行う。また、設計・製作を行ったダイアゴナルホーンのビームパターンの評価を行う。これらの実験・素子プロセス/加工に関わる出張、性能評価に関わるコンポーネント改良部品、成果発表などに使用する。
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