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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of ultimate diffraction grating of high diffraction order with high dispersion

Research Project

Project/Area Number 15K13470
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

海老塚 昇  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 研究員 (80333300)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山形 豊  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (70261203)
佐々木 実  豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70282100)
青木 和光  国立天文台, TMT推進室, 准教授 (20321581)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
KeywordsVolume grating / Echelle spectroscopy / 厳密結合波解析(RCWA)法
Outline of Annual Research Achievements

積層されたミラー基板を積層し、切断・研磨によるQuasi-Bragg (QB) 回折格子の製作方法を開発した。さらに、金厚さ0.5mmの石英基板60枚を積層したブロックを30度傾けて切断したQB 回折格子をプリズムおよび表面反射ミラーと貼り合わせてQB immersion 回折格子を試作した。回折像を観察した結果、Immersion 回折格子としての機能することを検証した。
ミラー面として低屈折率の媒質による全反射を利用するQB 回折格子、すなわちQB 回折格子として機能する高アスペクト比のVolume binary (VB) 回折格子によって、高い回折効率を達成できることを数値計算によって見出した。シリコンの高アスペクト比のVB回折格子をサイクルエッチングの工程において、酸素を僅かに入れることによって、溝側面の凹凸を40nm程度まで減らすことに成功した。さらに酸化処理によってシリコンの表面に酸化膜を形成させた後、除去する工程を数回繰り返すことによって、可視光においても散乱が少ない極めて滑らかな光学面を持つシリコンのVB回折格子を試作に成功した。
ノコギリ歯形状の格子の一方の面から入射した光束が、もう一方の面で反射するReflector facet transmission (RFT) gratingのプロトタイプとして、格子周期10.8μm、頂角約60°のV溝の回折格子の金型を、超精密加工装置に単結晶ダイアモンドバイトを取り付けてシェーパー加工によって試作した。金型の波面精度は可視光用の反射型回折格子用としても実用的な値であった。試作した金型を使用して、レプリカの加工実験を5回行った。しかし、満足な透過波面精度を達成することができなかった。レプリカ品について回折効率を測定した結果、ピークの効率が45~50%程度であった。数値計算によって効率の分光特性を調べたところ、設計より波長帯域がシフトしているために回折効率が低下していることがわかった。

  • Research Products

    (13 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Diffraction Gratings for the Latest Visible and Infrared Astronomical Observations2017

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Journal Title

      日本赤外線学会誌

      Volume: 26 (2) Pages: 32-39

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Novel diffraction gratings for next generation Spectrographs with high spectral dispersion2016

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Journal Title

      Proc. SPIE

      Volume: 9912 Pages: 2Z1-2Z10

    • DOI

      10.1117/12.2231949

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 次世代観測装置用の新しい回折格子の開発状況2017

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Organizer
      木曽広視野サーベイと京都3.8m即時分光によるタイムドメイン天文学の推進
    • Place of Presentation
      京都大学(京都市左京区)
    • Year and Date
      2017-02-20 – 2017-02-22
  • [Presentation] Current Status of Novel Gratings for Next Generation Astronomical Instruments III2017

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Organizer
      Subaru Users' Meeting FY2016
    • Place of Presentation
      国立天文台(三鷹市)
    • Year and Date
      2017-01-19 – 2017-01-21
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 次世代天文学観測装置用の新しい回折格子 IV2016

    • Author(s)
      海老塚 昇 他
    • Organizer
      第6回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ
    • Place of Presentation
      国立天文台(三鷹市)
    • Year and Date
      2016-11-24 – 2016-11-26
  • [Presentation] 8.2mすばる望遠鏡および次世代30m望遠鏡: TMT用の新しい高分散回折格子 32016

    • Author(s)
      海老塚 昇 他
    • Organizer
      理研シンポジウム:第4回 「光量子工学研究 ―若手・中堅研究者から見た光量子工学の展開―」
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
    • Year and Date
      2016-10-31 – 2016-11-01
  • [Presentation] ファイバ分光器、平面導波路用の新しい回折格子2016

    • Author(s)
      海老塚 昇 他
    • Organizer
      コンテンポラリオプティクス研究会
    • Place of Presentation
      電気通信大学(調布市)
    • Year and Date
      2016-10-05
  • [Presentation] 次世代観測装置用の新しい回折格子 II2016

    • Author(s)
      海老塚 昇 他
    • Organizer
      2016年度光学赤外線天文連絡会シンポジウム「共同利用と大規模観測の調和」
    • Place of Presentation
      国立天文台(三鷹市)
    • Year and Date
      2016-09-26 – 2016-09-28
  • [Presentation] Novel diffraction gratings for next generation Spectrographs with high spectral dispersion2016

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Organizer
      SPIE Astronomical Telescope + Instrumentation
    • Place of Presentation
      Edinburgh International Conference Centre, UK
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 次世代天文学観測装置用の新しい高分散回折格子 II2016

    • Author(s)
      海老塚 昇 他
    • Organizer
      第41回光学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-06-23 – 2016-06-24
  • [Presentation] New Grisms for MOIRCS2016

    • Author(s)
      N. Ebizuka, et al.
    • Organizer
      ULTIMATE Subaru Science Workshop
    • Place of Presentation
      国立天文台(三鷹市)
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 究極的な高分散透過型回折格子2016

    • Author(s)
      海老塚 昇
    • Organizer
      理化学研究所・新技術説明会
    • Place of Presentation
      JST東京本部別館ホール
    • Year and Date
      2016-05-31
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 透過型回折格子、光導波路、ならびに透過型回折格子の使用方法および設計方法2017

    • Inventor(s)
      海老塚 昇 他
    • Industrial Property Rights Holder
      海老塚 昇 他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PTC/JP2017/13798
    • Filing Date
      2017-03-31
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-01-16  

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