可視回折限界イメージング実現のための革新的光導波路回路開発

• 研究課題/領域番号: 21K18638
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分16:天文学およびその関連分野
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究
• 研究代表者: 小谷 隆行 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 助教 (40554291)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 太陽系外惑星 / 干渉計 / 導波路 / 回折限界 / 可視光 / 光干渉計 / 導波路回路 / PLC

研究開始時の研究の概要

地球大気の乱れの影響を受けずに、望遠鏡が本来持つ空間分解能の観測を行うことは天文学者の悲願であるが、可視光では大気揺らぎが大きく、鮮明な像を得ることは難しい。本研究では干渉計技術を応用し、大気揺らぎがある中でも正確な天体像の再生を可能にする、光導波路回路の開発を行う。これを用いることで、8メートル級望遠鏡でありながら、近赤外線での30メートル級望遠鏡に匹敵する空間分解能を得ることができる。

研究成果の概要

本研究は大気乱れの影響をなくし、高コントラストの可視回折限界イメージングを可能にする、光導波路回路の開発が目的である。基本的な導波路回路特性を知るために様々なパラメーターで分岐・結合回路、導波路の幅、厚み、交差回路、曲率を持った導波路回路といった基本的な回路と、位相シフターを内蔵した分岐結合回路である多モード干渉導波路MMI（Multi-Mode Interferometer）の開発を行い、それらの透過率・分岐・結合の波長依存性、偏光特性、クロストークを測定した。これらの一部はより性能向上が必要ではあるが、最終目標である、5分岐20出力回路の実現に向けて基本的な回路は準備ができたと考えている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、これまで大気乱れの影響により回折限界のイメージングが出来なかった、可視光での回折限界撮像を目指したものである。大気の乱れをリアルタイムで補正する補償光学は、可視光では惑星の反射光を検出するような高コントラストが得られないが、本研究で開発した導波路回路により、将来的には口径30メートル級望遠鏡などを用いることで、可視光での太陽系外惑星の直接撮像観測が可能になると考えている。