究極の透過型回折格子(グリズム)の試作

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09559018
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 佐々木 敏由紀 国立天文台, ハワイ観測所, 助教授 (80178657)
• 研究分担者: 西村 徹郎 国立天文台, ハワイ観測所, 教授 (90260017) ; 川口 健太郎 岡山大学, 理学部, 教授 (40158861) ; 家 正則 国立天文台, 光学赤外線天文学研究系, 教授 (30111446) ; 海老塚 昇 通信放送機構, 共同研究員
• キーワード: グリズム / 天体望遠鏡 / 高屈折率光学材料 / 格子形状

研究概要

本研究においては、すばる望遠鏡の可視微光天体分光撮像観測装置(FOCAS)、近赤外線ステラコロナグラフ(CIAO)、名古屋大学の可視-近赤外線分光撮像観測装置(Trispec)等に用いられるグリズム(透過型回折格子)の開発研究を行った。まず、試作グリズムの評価を行うため、回折光の強度分布からFFT等を用いた信号処理を用いて格子形状を復元する回析格子形状計測システムを開発した。また、このシステムを単色計や複数の発光ダイオードを組み合わせることにより、回折効率を測定することができるようにした。
CIAO用グリズムとしてはフッ素系赤外線透過樹脂に、超精密3次元加工装置に取り付けた単結晶ダイアモンドバイトで回折格子の加工を行い、約65ー70%の高い回折効率が得られた。FOCAS極低分散〜中分散グリズムおよび3種類のTrispec低分散グリズムはガラスプリズム基板上に樹脂のレプリカ加工を行う方法にて製作し、80%以上という高い回折光率が得られた。
FOCAS超高波長分解能グリズムとCIAO分光モード用グリズムは屈折率1.9以上の光学材料に深さ数μmの格子を直接加工する必要があり、ニオブ酸リチウム(LiNbO3:LN)やZnSeを透過型回折格子に加工するため、さまざまな方法で試作し評価を行ったが、所要の性能を達成するにはさらなる研究開発が必要である。
また、赤外高分散分光器として従来の反射型回折格子分光器に対して装置全体のサイズを1/4に縮小することが可能なゲルマニウムの透過反射型回折格子の試作を行い、格子形状や表面粗さは2.0μm近傍では改善の余地はあるが、10μmにおいては充分に実用可能であることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] Sasaki, T. et al.: "Control system of the FOCAS instrument for the SUBARU telescope"Proc. SPIE, Telescope Control System II. 3112. 267-274 (1997)
• [文献書誌] IYE, M: "Overview of Subaru Instrumentation"SPIE Proc.. 3355. 344-353 (1998)
• [文献書誌] IYE, M. et al.: "Subaru Instrumentation Plan and Optical Instruments"Optical Telescopes of Today and Tomorrow SPIE Proc.. 2871. 1054-1063 (1997)
• [文献書誌] Ebizuka, N. et al.: "Optically Anisotropic Crystalline Grisms for Astronomical Spectrographs"Applied Optics. 37. 1236-1242 (1998)
• [文献書誌] Ebizuka, N. et al.: "Development of High dispersion grisms and immersion gratings for spectrographs of Subaru Telescope"Optical Astronomical Instrumentation, Proc. SPIE. 3355. 409-416 (1998)
• [文献書誌] 海老塚昇ほか: "すばる望遠鏡観測装置用分散素子の開発"光アライアンス. 9-3. 5-11 (1998)
• [文献書誌] Ebizuka, N. et al.: "Imaging the Universe in Three Dimensions"Development of grisms and immersion gratings for the spectrographs of the Subaru Telescope (in press). (1999)