サブミリ波ＳＩＳ ２５６画素イメージングアレイ検出器の試作

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21244023
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2013-03-31
• キーワード: 電波カメラ / 超伝導検出器 / ミリ波カメラ / サブミリ波 / テラヘルツ波 / 極低温装置 / 電波天文学 / 初期宇宙

研究概要

テラヘルツ領域を含むミリ波帯の広視野高感度天文観測用のイメージングアレイを実現するため、サブミリ波超伝導検出器の試作・開発を行った。宇宙創成のまもないころの低温の天体形成の研究を進める上で、宇宙背景放射を含むミリ波からサブミリ波の広視野高感度観測は極めて重要である。このような検出器は、世界中で競って開発されており、半導体ボロメータやTESボロメータをもちいてミリ波200画素-等価雑音(noise equivalent power) NEP~10-17 W/Hz1/2が達成されている。我々は、ALMA超伝導受信機の開発を通して得た低雑音化や高精度ビームパターン計測の手法を駆使し、極低温0.1 KにてNEP~10-18 W/rHzを達成する超伝導250素子の2次元アレイ検出器の開発を目指した。
平成21年から平成24年にかけて、1) 超伝導膜の高品質化 2) 入力光学系の設計・試作 3)信号多重読見出しの開発をおこなった。アルミニウム超伝導膜をシリコン基板上に結晶成長させることに成功し、その結果、NEP~6 x 10-18 W/rHz を達成した (M. Naruse
et al. 2012 JLTP)。102画素のシリコンレンズアレイを設計試作し、ダブルスロットアンテナと組み合わせて、超伝導カメラと組み合わせてビームパターンを測定した (T. Nitta et al. 2013 IEEE TST)。予定を超えた成果となるサブミリ波500ピクセル超伝導検出器の試作をおこなった。
読出し装置の開発をおこない、100ピクセルが同時に読み出せることをしめした (K. Karatsu et al. 2012 SPIE)。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Beam Pattern Measurements of Millimeter-Wave Kinetic Inductance Detector Camera With Direct Machined Silicon Lens Array (2013)
  • 著者名/発表者名: Nitta, T, Naruse, M, Sekimoto, Y, Mitsui, K, Okada, N, Karatsu, K Sekine, M Matsuo, H, Noguchi, T Uzawa, Y Seta, M Nakai, N
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 3 ページ: 56-62
  • DOI: DOI :10. 1109/TTHZ. 2012. 2235123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Transportable Telescope for Galactic Survey at 500 GHz in Antarctica (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S. , Seta, M., Nakai, N., Miyamoto, Y., Nagai, M., Arai, H., Maezawa, H., Nagasaki, T., Miyagawa, N., Motoyama, H., Sekimoto, Y., Bronfman, L
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 3 ページ: 15-24
  • DOI: DOI :10. 1109/TTHZ. 2012. 2235912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Efficiencies of Lens-Antenna Coupled Kinetic Inductance Detectors at 220 GHz (2013)
  • 著者名/発表者名: Naruse, Masato Sekimoto, Yutaro Noguchi, Takashi Miyachi, Akihira Karatsu, Kenichi Nitta, Tom Sekine, Masakazu Uzawa, Yoshinori Taino, Tohru Myoren, Hiroaki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 3-2 ページ: 180-186
  • DOI: DOI : 10. 1117/12. 926743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a 385-500 GHz Sideband-Separating Balanced SIS Mixer (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Serizawa, Y. Sekimoto, M. Kamikura, W. Shan, T. Ito, T. Tamura and T. Noguchi
  • 雑誌名: JOURNAL OF INFRARED, MILLIMETER AND TERAHERTZ WAVES 巻: 33 ページ: 999-1017
  • DOI: DOI:10.1007/s10762-012-9917-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] RF Conductivity and Surface Impedance of a Superconductor Taking into Account the Complex Superconducting gap Energy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Noguchi, M. Naruse, Y. Sekimoto
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: 36 ページ: 318-323
  • DOI: Doi :10. 1016/ j. phpro. 2012. 06. 166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of 1000 arrays MKID Camera for the CMB Observation (2012)
  • 著者名/発表者名: Karatsu, Kenichi Naruse, Masato Nitta, Tom Masakazu Sekine Yutaro Sekimoto Noguchi, Takashi Uzawa, Yoshinori Matsuo, Hiroshi Kiuchi, Hitoshi
  • 雑誌名: SPIE 巻: 8452 ページ: 84520Q
• [雑誌論文] Development of Crystal Al MKIDs by Molecular Beam Epitaxy
  • 著者名/発表者名: M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, T. Nitta and Y. Uzawa
  • 雑誌名: JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS 巻: 167 ページ: 373-378
  • DOI: DOI:10. 1007/s10909-011-0430-5
  • 査読あり
• [学会発表] Submillimeter 10k pixel Camera and Imaging Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: 関本裕太郎
  • 学会等名: 第13回ミリ波サブミリ波受信機ワークショプ
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県)
  • 年月日: 20130227-20130228
• [学会発表] Submillimeter Camera Development for LiteBIRD and South Pole Dome-Fuji Telescope (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sekimoto
  • 学会等名: East Asia Submillimeter Workshop
  • 発表場所: Purple Mountain Observatory (China)
  • 年月日: 20130111-20130112
• [図書] 天文学辞典 (シリーズ現代の天文学) (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡村 定矩 編集
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: 日本評論社