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次世代CMB実験の為の広帯域・極低温回転半波長板の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01125
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関東京大学

研究代表者

片山 伸彦  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50290854)

研究分担者 寺尾 悠  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (00777823)
大崎 博之  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10203754)
菅井 肇  一般財団法人日本気象協会, 課員 (50291422)
金子 大輔  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究員 (60790342)
松村 知岳  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (70625003)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2018年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
2017年度: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
キーワード宇宙背景輻射 / 宇宙背景放射実験 / 偏光観測 / 偏光変調器 / 半波長板 / 宇宙背景放射 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 偏光 / ミリ波
研究成果の概要

宇宙初期の急激な加速膨張を予言するインフレーション仮説は、宇宙開闢後10のマイナス38乗秒、またエネルギースケールで10の16乗ギガエレクトロンボルトという極限の物理現象にもかかわらず、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測により実験的な検証が可能である。日本では将来衛星計画LiteBIRD、またチリの地上望遠鏡POLARBEARやSimons Observatoryの計画が進められている。
本研究では、偏光変調器の開発を行なった。小型試作器による検証から始めて、衛星計画に適用できる実機サイズに近い、実証器を開発・検証し、インフレーション仮説の検証の実現性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では実証機を使って、(1) 大型化に伴う分割型リング磁石の磁場非一様性とそれに伴う発熱、(2) 慣性モーメント増加に対して上がる要求トルクとそれに伴う駆動系の発熱、(3) 駆動系及び波長板特性の非一様性が与える偏光特性に対する影響を調べ、(4) 重量増加による保持機構の機械構造設計を行なった。更に実機で使用可能な大型のサファイア半波長板の開発を企業と共同して行なった。
本研究の成果などによって、LiteBIRD衛星計画がJAXAの中型科学衛星第二号機として認められた。

報告書

(4件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 8件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 12件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] UCB/UCSD(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] マギール大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] マックスプランク天体物理学研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] パリ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical strength and millimeter-wave transmittance spectrum of stacked sapphire plates bonded by sodium silicate solution2022

    • 著者名/発表者名
      Toda Takayuki、Sakurai Yuki、Ishino Hirokazu、Matsumura Tomotake、Komatsu Kunimoto、Katayama Nobuhiko
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 8 号: 01 ページ: 014008-014008

    • DOI

      10.1117/1.jatis.8.1.014008

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Large diameter millimeter-wave low-pass filter made of alumina with laser ablated anti-reflection coating2021

    • 著者名/発表者名
      Takaku Ryota、Wen Qi、Cray Scott、Devlin Mark、Dicker Simon、Hanany Shaul、Hasebe Takashi、Iida Teruhito、Katayama Nobuhiko、Konishi Kuniaki、Kuwata-Gonokami Makoto、Matsumura Tomotake、Mio Norikatsu、Sakurai Haruyuki、Sakurai Yuki、Yamada Ryohei、Yumoto Junji
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 25 ページ: 41745-41745

    • DOI

      10.1364/oe.444848

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of a frequency-independent optic axis Pancharatnam-based achromatic half-wave plate2021

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Kunimoto、Ishino Hirokazu、Katayama Nobuhiko、Matsumura Tomotake、Sakurai Yuki
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 7 号: 03 ページ: 034005-034005

    • DOI

      10.1117/1.jatis.7.3.034005

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Concept design of low frequency telescope for CMB B-mode polarization satellite LiteBIRD2020

    • 著者名/発表者名
      Sekimoto Yutaro, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 11453 ページ: 37-37

    • DOI

      10.1117/12.2561841

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband, millimeter-wave anti-reflective structures on sapphire ablated with femto-second laser2020

    • 著者名/発表者名
      Takaku R.、Hanany S.、Imada H.、Ishino H.、Katayama N.、Komatsu K.、Konishi K.、Kuwata-Gonokami M.、Matsumura T.、Mitsuda K.、Sakurai H.、Sakurai Y.、Wen Q.、Yamasaki N. Y.、Young K.、Yumoto J.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 128 号: 22 ページ: 225302-225302

    • DOI

      10.1063/5.0022765

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Updated Design of the CMB Polarization Experiment Satellite LiteBIRD2020

    • 著者名/発表者名
      Hazumi, M, ..., H. Ishino, ..., M. Tsujimoto, ..., et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 199 号: 3-4 ページ: 1107-1117

    • DOI

      10.1007/s10909-019-02329-w

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a contact-less cryogenic rotation mechanism employed for a polarization modulator unit in cosmic microwave background polarization experiments2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai, Tomotake Matsumura, Nobuhiko Katayama, Teruhito Iida, Kunimoto Komatsu, Hajime Sugai, Hiroyuki Ohsaki, Yutaka Terao, Yukimasa Hirota, Hisashi Enokida
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1293 号: 1 ページ: 012083-012083

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1293/1/012083

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Demonstration of the broadband half-wave plate using the nine-layer sapphire for the cosmic microwave background polarization experiment2019

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Kunimoto、Matsumura Tomotake、Imada Hiroaki、Ishino Hirokazu、Katayama Nobuhiko、Sakurai Yuki
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 5 号: 04 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.jatis.5.4.044008

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] LiteBIRD: A Satellite for the Studies of B-Mode Polarization and Inflation from Cosmic Background Radiation Detection2019

    • 著者名/発表者名
      Hazumi M.、et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 194 号: 5-6 ページ: 443-452

    • DOI

      10.1007/s10909-019-02150-5

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design and thermal characteristics of a 400mm diameter levitating rotor in a superconducting magnetic bearing operating below at 10K for a CMB polarization experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya
    • 雑誌名

      Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya

      巻: 未定 号: 4 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tasc.2018.2797302

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The LiteBIRD Satellite Mission: Sub-Kelvin Instrument2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki A. et al. Tsujimoto, M. et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 5-6 ページ: 1048-1056

    • DOI

      10.1007/s10909-018-1947-7

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Wide field-of-view crossed Dragone optical system using anamorphic aspherical surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Kashima Shingo、Hazumi Masashi、Imada Hiroaki、Katayama Nobuhiko、Matsumura Tomotake、Sekimoto Yutaro、Sugai Hajime
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 57 号: 15 ページ: 4171-4171

    • DOI

      10.1364/ao.57.004171

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prototype design and evaluation of the nine-layer achromatic half-wave plate for the LiteBIRD low frequency telescope2018

    • 著者名/発表者名
      Kunimoto Komatsu; Tomotake Matsumura; Masashi Hazumi; Hiroaki Imada; Hirokazu Ishino; Nobuhiko Katayama; Yuki Sakurai; Hajime Sugai; Ryota Takaku
    • 雑誌名

      Proc.SPIE Int.Soc.Opt.Eng.

      巻: 10708 ページ: 1070847-1070847

    • DOI

      10.1117/12.2312431

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a cryogenic remote sensing thermometer for CMB polarization experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, N. Katayama, H. Kanai, T. Iida
    • 雑誌名

      Proceedings of 29th IEEE International Symposium on Space THz Technology ISSTT2018

      巻: 28 ページ: 169-174

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermal analysis of a prototype cryogenic polarization modulator for use in a space-borne CMB polarization experiment2017

    • 著者名/発表者名
      T. Iida. Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, H. Imada, H. Kataza, H. Ohsaki, M. Hazumi, N. Katayama, R. Yamamoto, S. Utsunomiya, Y. Terao
    • 雑誌名

      IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

      巻: 278 ページ: 012011-012011

    • DOI

      10.1088/1757-899x/278/1/012011

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Development of space compatible polarization modulator2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 偏光変調器に搭載する超電導磁気軸受およびその周辺低温技術2019

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基
    • 学会等名
      第2回超電導応用研究会シンポジウム/第3回冷凍部会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] LiteBIRD衛星で利用する多層偏光変調板の接着とその振動耐性の研究2019

    • 著者名/発表者名
      戸田貴之
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋@山形大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRD衛星計画低周波望遠鏡搭載に向けた偏光変調器の開発概要2019

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年春@九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 超短パルスレーザーを用いたLiteBIRD波長板用広帯域モスアイ反射防止構造の小径試料作製と光学的評価2019

    • 著者名/発表者名
      高久諒太
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年春@九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRDに向けた連続回転半波長板の角度構築を行うアルゴリズム開発 II2019

    • 著者名/発表者名
      杉山真也
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年春@九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRD偏光変調器の小型広帯域多層半波長板の低温ミリ波偏光性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      小松国幹
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年春@九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アルミナに対するモスアイ加工を用いたミリ波帯域における反射防止構造の開発2019

    • 著者名/発表者名
      柳澤雅人
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年春@九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Beam pattern simulation including a wave plate2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Imada (LAL/CNRS, France)
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of mm-wave performance of small prototype LiteBIRD LFT AHWP at around 20K2019

    • 著者名/発表者名
      Kunimoto Komatsu (Okayama University, Japan)
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of the energy loss of a ferromagnetic material for LiteBIRD polarization modulator2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Nomura (Saitama University, Japan)
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of the prototype onboard FPGA to reconstruct the position angle of the LiteBIRD PMU HWP using optical encoder2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Sugiyama (Saitama University, Japan)
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The development of SWS as a broadband AR in a large area using laser ablation for LFT2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Takaku (University of Tokyo, Japan)
    • 学会等名
      B-mode from space 2019, Munich, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射Bモード偏光観測衛星LiteBIRDの偏光変調器の開発概要2018

    • 著者名/発表者名
      片山伸彦, 松村知岳, 菅井肇, 大崎博之, 寺尾悠他
    • 学会等名
      物理学会2018年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRDの偏光変調器に用いる広帯域多層半波長板の開発 (2)2018

    • 著者名/発表者名
      小松国幹、片山伸彦, 松村知岳, 菅井肇, 大崎博之, 寺尾悠 他
    • 学会等名
      物理学会2018年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Loss Characteristics of Superconducting Magnetic Bearings for LiteBIRD Satellite by Three-dimensional Finite Element Method Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirota, Y. Terao, H. Ohsaki, T. Matsumura, Y. Sakurai, H. Sugai and N. Katayama
    • 学会等名
      The 30th International Symposium on Superconductivity (ISS 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rotational Loss Analysis of Superconducting Magnetic Bearings for a Polarization Modulator2018

    • 著者名/発表者名
      H. Ohsaki, Y. Terao, Y. Hirota, Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, S. Utsunomiya, N. Katayama, H. Kataza and H. Imada
    • 学会等名
      2018 Applied Superconductivity Conference (ASC 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 三次元有限要素法解析による LiteBIRD 衛星に搭載する超電導磁気軸受の損失特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      廣田幸真,大崎博之,寺尾悠,松村友岳,桜井雄基,片山伸彦,菅井肇
    • 学会等名
      第27回 MAGDAコンファレンス in Katsushika (MAGDA 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LiteBIRD科学衛星のための偏光変調器の開発状況2018

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基、松村知岳、片山伸彦、小松国幹、杉山真也、高久諒太
    • 学会等名
      第18回宇宙科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of a cryogenic remote sensing thermometer for CMB polarization experiments2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai, Tomotake Matsumura, Nobuhiko Katayama, Hiroaki Kanai, Teruhito Iida
    • 学会等名
      29th IEEE International Symposium on Space THz Technology ISSTT2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and development of a polarization modulator unit based on a continuous rotating half-wave plate for LiteBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai et. al.
    • 学会等名
      SPIE2018 Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射Bモード偏光観測衛星LiteBIRD の偏光変調器の開発2017

    • 著者名/発表者名
      片山伸彦, 松村知岳, 菅井肇, 大崎博之, 寺尾悠 他
    • 学会等名
      天文学会2017年秋季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRD2017

    • 著者名/発表者名
      Nobu Katayama
    • 学会等名
      APRIM
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Numerical Analysis of Spring Characteristics and Rotational Loss of Superconducting Magnetic Bearings for a Polarization Modulator2017

    • 著者名/発表者名
      T. Shimomura, Y. Terao, H. Ohsaki, Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, S. Utsunomiya, H. Kataza, R. Yamamoto, H. Imada and H. Kanai
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on Processing and Applications of Superconducting (RE)BCO Large Grain Materials (PASREG 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 偏光変調器に用いる超電導磁気軸受の電磁的特性解析2017

    • 著者名/発表者名
      下村俊貴, 寺地祐介, 寺尾悠, 大崎博之, 桜井雄基, 松村知岳, 片山伸彦, 菅井肇, 今田大皓, 山本亮, 宇都宮真, 片ザ宏一
    • 学会等名
      第94回 2017年度春季低温工学・超電導学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測実験のための偏光変調器用超電導軸受の発熱特性2017

    • 著者名/発表者名
      下村俊貴,寺地祐介,寺尾悠,大崎博之,桜井雄基,松村知岳,片山伸彦,菅井肇, 今田大皓,山本亮,宇都宮真,片ザ宏一
    • 学会等名
      第29回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD29)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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