Development of Near-Infrared Tunable Filter for Research of Star-formation Activity by 3D Spectroscopy

• Project/Area Number: 18H01249
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高橋 英則 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80361567)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 美濃和 陽典 国立天文台, ハワイ観測所, 准教授 (60450194) ; 児玉 忠恭 東北大学, 理学研究科, 教授 (80343101)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2018: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: チューナブルフィルター / 近赤外線 / 3次元分光 / 星形成活動 / 大質量星クラスター / ３次元分光

Outline of Annual Research Achievements

本研究の課題は、赤外線観測用波長走査型フィルター（チューナブルフィルター）を開発し、大口径望遠鏡の観測装置の前置光学モジュールとして搭載、その実用可能性を示すことにある。 科学的には、大規模星形成領域の物理状態を銀外系内の星団レベルから近傍・遠方銀河まで広い空間ダイナミックレンジを、近赤外線波長全域に渡って連続的に高空間分解能の観測を行い、 星形成活動の物理過程を調査、大質量星や銀河の進化を解明することを最終的な目的としている。
そのための開発要素として、近赤外線波長域に最適化された光学素子（エタロン）の設計・製作と、波長走査のための駆動機構および測距機構の開発が必須となる。本研究ではこれまでに、ファブリ・ペローエタロンの光学設計を行い、成膜工程を工夫することで、フィネスを稼ぐ以外に吸収率を可能な限り抑え、近赤外線波長全域（1-2.5ミクロン）に渡ってフラットな反射特性を低温で実現する大口径の多層膜を有した素子の製作に成功した。面分光チューナブルフィルターを実現するためには、平行におかれた2枚のエタロンの平行度を保持しつつ、微小距離の走査する機構が必要になる。具体的には、観測波長（1~2ミクロン）程度エタロン間隔を変化させる必要があり、さらにその1/10程度の精度が必要となる。世界的な半導体不足の煽りを受け、圧電素子（ピエゾ素子）の入手が困難な状況であったが、逆に十分に検討する時間を得たことにより、本目的に最適と思われる素子を選定・入手することができた。さらに分光器に光学素子のギャップ間を測定するための静電容量センサーを採用、これをクローズドループ制御することで、常にエタロンの間隔・平行性を維持しながら波長走査を行うことが可能になった。各コンポーネントが揃ったことで、前置光学系として最適化された分光モジュールの詳細設計も進められた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。