地球型系外惑星直接検出のための高消光ダブル波面計測制御光学系の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24360029
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 西川 淳 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 応用光学・量子光工学 / 超精密計測 / 波面センシング / 補償光学 / ナリング干渉計 / 惑星探査 / 系外惑星 / 光学赤外線天文学

研究実績の概要

本研究の目的は、カメラの露光時間の長い極微弱光下において、10 桁消光できる地球型系外惑星の直接観測装置を開発し、望遠鏡搭載の目処を得ることにある。望遠鏡全体で生じる波面誤差と、コロナグラフ（恒星光を消光して惑星光を検出する光学系）で生じる波面誤差を計測し、それらを効果的に制御できる、高消光なダブル波面計測制御光学系を新たに開発する。
本研究では、望遠鏡、可変形鏡１、前置コロナグラフ、可変形鏡２、主コロナグラフ、最終焦点面検出器、で構成される光学系における、超高精度な波面計測法と可変形鏡の制御法を探求した。当初の制御光学系では、前置コロナグラフ内部の波面誤差を可変形鏡１とその波面センサーによって除去できなかった。それは、焦点面マスク交換装置を２つのコロナグラフに導入することで解決し、制御性が向上することを見出した。可動の光学素子交換装置の信頼性は、NASAの衛星であれば十分高いと考えられる。これにより、主コロナグラフのマスクを退避すれば、望遠鏡と前置コロナグラフの波面誤差を可変形鏡１で、主コロナグラフのマスクを挿入した時は、主コロナグラフの波面誤差を可変形鏡１＋２で、どちらの場合も最終焦点面検出器だけで計測制御が可能である。そして、可変形鏡１に付随する波面センサーを撤廃でき、搭載機器としても洗練された構成となった。
焦点面波面センシングによる可変形鏡の制御によって高いコントラストを得るダークホール法においては、Speckle Area Nulling (SAN) 法を開発した。本法は、光学モデルによる数値の補助を必要としないSpeckle Nulling法と、広い面積を速く制御するElectric Field Conjugation法の、両方の利点を備える新しい方法である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26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] A coronagraph system with unbalanced nulling interferometer: progress of optics and control method (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nishikawa, M. Oya, M. Horie, K. Sato, M. Fukase, N. Murakami, T. Kotani, S. Kumagai, M. Tamura, Y. Tanaka, T. Kurokawa
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9143 ページ: 91433A(6pp)
  • DOI: 10.1117/12.2055636
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Adaptive optics operation with focal wavefront sensor in a coronagraph for direct observation of exoplanets (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Oya, J. Nishikawa, M. Horie, K. Sato, M. Fukase, N. Murakami, T. Kotani, S. Kumagai, M. Tamura, Y. Tanaka, T. Kurokawa
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9143 ページ: 91433B(6pp)
  • DOI: 10.1117/12.2055670
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent progress on phase-mask coronagraphy based on photonic-crystal technology (2014)
  • 著者名/発表者名: Murakami, N., J. Nishikawa, M. Tamura, E. Serabyn, W. A. Traub, K. M. Liewer, D. C. Moody, J. T. Trauger, O. Guyon, F. Martinache, N. Jovanovic, G. Singh, F. Oshiyama, H. Shoji, M. Sakamoto, S. Hamaguchi, K. Oka, and N. Baba
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9143 ページ: 914334(8pp)
  • DOI: 10.1117/12.2054790
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of the Candidate Protoplanet HD 100546 b with Gemini/NICI and Detection of Additional (Planet-induced?) Disk Structure at Small Separations (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Currie, T. Muto, T. Kudo, M. Honda, T. D. Brandt, C. Grady, M. Fukagawa, A. Burrows, M. Janson, M. Kuzuhara, M. W. McElwain, K. Follette, J. Hashimoto, T. Henning, R. Kandori, N. Kusakabe, J. Kwon, K. Mede, J.-i. Morino, J. Nishikawa, T.-S. Pyo, G. Serabyn, T. Suenaga, Y. Takahashi, J. Wisniewski, and M. Tamura
  • 雑誌名: Astrophysical Journal Letters 巻: 796 ページ: L30(6pp)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/796/2/L30
  • 査読あり
• [学会発表] 超高コントラスト系外惑星直接撮像のための非対称ナル干渉法とダークホール制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西川淳, 大矢正人，堀江正明，佐藤克磨，深瀬雅央，村上尚史，小谷隆行，熊谷紫麻見，田村元秀，田中洋介，黒川隆志
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] 系外惑星直接観測のためのSpeckle Area Nulling を用いたダークホール制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大矢正人，西川淳，堀江正明，佐藤克磨，深瀬雅央，村上尚史，小谷隆行，熊谷紫麻見，田村元秀，田中洋介，黒川隆志
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] 瞳再配置型位相マスクコロナグラフの提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村上尚史, 赤岩夏海, 馬場直志, 西川淳, 田村元秀
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] WFIRST/AFTA Coronagraph（WACO） (2015)
  • 著者名/発表者名: 田村元秀，村上尚史，馬場直志，西川淳，小谷隆行，成田憲保，塩谷圭吾，
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] 系外惑星直接観測のための高コントラスト撮像光学系 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西川 淳
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 系外惑星直接観測のためのダークホールアルゴリズムによる補償光学制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大矢正人，西川淳，堀江正明，佐藤克磨，深瀬雅央，村上尚史，小谷隆行，熊谷紫麻見，田村元秀，田中洋介，黒川隆志
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2014
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス文京校舎(東京都文京区)
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [学会発表] Dark-hole control without modeling and enhanced extinction by pre-DM and pre-coronagraph (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nishikawa, N. Murakami, M. Oya, K. Sato, M. Horie, T. Kurokawa, Y. Tanaka, M. Tamura, T. Kotani, S. Kumagai
  • 学会等名: Wide-field InfraRed Surveys: Science and Techniques
  • 発表場所: Pasadena Hilton, (Pasadena, USA)
  • 年月日: 2014-10-17 – 2014-10-20