低温光学計測の革新的な多様化をもたらす大口径熱遮断光学窓の実現

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21883
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 金田 英宏 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30301724)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• キーワード: 低温光学系 / 光学窓 / 宇宙赤外線観測

研究実績の概要

2019年度は、まず、本研究で使用する光学試験用低温チャンバーの整備を開始した。これまでの実験の実績から、低温光学測定の際に床からの振動擾乱および冷凍機のパイプを伝わる機械振動が問題になることが分かっていた。そこで、それらの振動レベルをレーザー干渉計を用いて実測し、振動対策のためにサポート部にダンパーを挟むなどの工夫をチャンバー構造に追加した。また、インストールした供試体を温度10 Kにまで冷やせるように、チャンバーの低温シュラウドや前面蓋の構造などの変更を行った。

次に、本研究の測定で使用する低温光学系の設計を開始し、鏡の製作を行った。この鏡を低温チャンバーにインストールし、既存のCGHレーザー干渉計を用いて、実際に温度10 Kに冷やした状態で、低温光学面形状測定が可能であることを実証した。また、上記の振動擾乱の対策が有効に働いていることを確認した。

並行して、干渉計で用いる可視光レーザーの波長だけを選択的に透過し、熱赤外線などその他の光を遮断する低温入射窓を開発を始めた。JAXA宇宙科学研究所の共同研究者と技術的な会合を持って議論を行い、光学窓の概念設計を検討した。基本的な構造は、誘電体多層膜フィルターと溶融石英基板を組み合わせとすることとした。誘電体干渉膜によって、ナローバンドフィルタ ー (目標バンド幅80 nm以下) を形成し、近赤外線および中間赤外線帯の熱リークを落とす。一方、溶融石英によって、おもに遠赤外線帯の熱リークを遮断する。光学メーカーへの具体的な設計依頼の準備を進めた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

光学窓の製造が遅れている。誘電体膜形成において技術的に難しい点があり、検討に時間を要した。また、年度終盤において、コロナウイルスの影響により、出張、発注作業が困難になったことも遅延の主要因である。

今後の研究の推進方策

前年度までに低温光学チャンバーおよび測定光学系の整備を終えているので、熱遮断光学窓の製造を速やかに進める。光学窓を低温シュラウド開口部に取り付けて、温度10 Kシュラウド内の被検鏡を含め多数個所に温度計を設置し、熱擾乱が無視できることを実証する。CGH干渉計を用いて、内部に設置した光学系の低温面形状測定を行い、窓有と窓無しの結果を比較する。

次年度使用額が生じた理由

特定の可視光波長だけを遮断する低温光学入射窓の製造までを行う予定であったが、技術的に克服すべき課題があることが判明したため、概念検討が遅れた。年度終盤にはコロナウイルスの影響で出張や発注作業が困難になったため、次年度への繰り越しとなった。繰り越した額は、次年度での低温光学入射窓の製作に使用する予定である。その他は計画どおりである。前年度までに測定システムの評価を終えたので、低温試験費および光学系調整のための作業費などに充てられる。