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

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 西川 淳 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒川 隆志 東京農工大学, 工学研究院, 教授 (40302913)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 応用光学・量子光工学 / 超精密計測 / 光学赤外線天文学 / 惑星探査 / 系外惑星 / 補償光学 / ナリング干渉計 / 波面センシング

Research Abstract

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変化の速い波面誤差を瞳面波面センサーで計測し、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)で生じる非常に変化の遅い波面誤差を焦点面カメラで計測し、それらを合わせて制御できる、高消光なダブル波面計測制御光学系を新たに開発する。
本研究の開発実験光学系は、光源部、非対称ナル干渉計部(UNI)、補償光学部、コロナグラフ部(焦点面カメラを含む)、から成り立っている。光源部は、多色のレーザーを1本のシングルモードファイバーで引くことによって、振動や迷光が少なくかつ広帯域特性の実験が行えるように改良を進めた。UNI部は、4分割位相マスクコロナグラフの偏光子を少し回転させたものを採用することで、約λ/3000rmsと非常に高い安定性で非対称ナル干渉の状態が実現できることが分かり、次年度から本光路のUNI部に組み込む予定である。コロナグラフ中の波面誤差を補正するため、焦点面カメラを用いた波面センシングによる制御系を開発し、1回の制御によって焦点面の1点の消光比が1桁上がること確認した。さらに、制御回数を増やしながら広い領域の消光比を効率的に上げる方式の検討を行った。瞳面波面センサーは、倍密度のマイクロレンズアレイによって測定点を増やし、入射光計測が高精度化された。これらを用いて、焦点面と瞳面両方の波面センサーを用いるダブル波面計測制御系の開発を進めた。可変形鏡の表面形状を高精度化することは容易ではないことが分かり、プロセスの検討を継続することとした。波面精度および広帯域特性の優れた偏光素子の調査が進んだ。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

可変形鏡の表面形状を高精度化することは容易ではないことが分かり、その方向での努力は継続するとしつつ、制御によってそれを補う検討を開始したが、十分な解を得るには至っていない。

Strategy for Future Research Activity

従来の計画通り、より高精度化された各部を統合して開発実験光学系全体およびダブル波面計測制御系を完成させ、より高い消光比を得るとともに2重の制御の有効性を示す。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

可変形鏡の高精度化が容易でなく導入を延期したために次年度使用額が発生した。達成すべき高精度化のレベルを適切に再設定して導入を進める際に、翌年度の研究費の一部と合わせて使用し、計画を推進する予定である。

Research Products

• [Journal Article] A coronagraph system with unbalanced nulling interferometer : progress of dynamic range (2012)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A.V., Takeda, M., Murakami, H.
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8422 Pages: 84425D-1-844 25D-6
  • DOI: 10.1117/12.925792
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wavefront correction inside unbalanced nulling interferometer (2012)
  • Author(s): Horie, M., Nishikawa, J., Oya, M., Waki, R., Kumagai, S., Tamura, M., Kurokawa, T., Murakami, N., Murakami, H., Abe, L.
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8445 Pages: 84452E-1-844 52E-6
  • DOI: 10.1117/12.926737
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wavefront correction inside unbalanced nulling interferometer (2012)
  • Author(s): Kobayashi, T., Nishikawa, J., Tanaka, Y., Kurokawa, T., Kashiwagi, K., Tamura, M., Murakami, N., Baba, N., Hashimoto, N.
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8445 Pages: 84213D-1-842 13D-6
  • DOI: 10.1117/12.975179
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adaptive optics operation with two wavefront sensors in a coronagraph for exoplanet observations (2012)
  • Author(s): Oya, M., Nishikawa, J., Horie, M., Murakami, N., Kotani, T., Abe, L., Kumagai, S., Tamura, M., Kurokawa, T., Murakami, H.
  • Journal Title: Proc. ofSPIE Volume: 8442 Pages: 844255-1-8442 55-6
  • DOI: 10.1117/12.925858
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coronagraph focal-plane phase masks based on photonic crystal technology : recent progress and observational strategy (2012)
  • Author(s): N. Murakami, J. Nishikawa, W.A.Traub, D.Mawet, D.C.Moody, B.D.Kern, J.T.Trauger, E. Serabyn, S. Hamaguchi, E Oshiyama, M. Sakamoto, A.Ise, K.Oka, N.Baba, H.Murakami, M.Tamura
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8442 Pages: 844205-1-8442 05-6
  • DOI: 10.1117/12.925613
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高コントラスト撮像光学系による焦点面波面センシングによるスペックルノイズ低減 (2013)
  • Author(s): 佐藤克磨, 西川淳, 大矢正人, 堀江正明, 田中洋介, 熊谷紫麻見, 黒川隆志
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工業大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高コントラスト干渉光学系 (2013)
  • Author(s): 西川淳
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学(岐阜県)(依頼講演)
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための焦点面波面センシングを併用したコロナグラフの開発 (2013)
  • Author(s): 大矢正人, 堀江正明, 西川淳, 田村元秀, 藤井紫麻見, 村上尚史, 黒川隆志, 小谷隆行, 中川貴雄
  • Organizer: 日本天文学会2013年春季年会
  • Place of Presentation: 埼玉大学(埼玉県)
  • Year and Date: 2013-03-20
• [Presentation] A coronagraph system with unbalanced nulling interferometer : progress of dynamic range (2012)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A.V., Takeda, M., Murakami, H.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
  • Place of Presentation: Amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 20120701-20120706
• [Presentation] Wavefront correction inside unbalanced nulling interferometer (2012)
  • Author(s): Horie, M., Nishikawa, J., Oya, M., Waki, R., Kumagai, S., Tamura, M., Kurokawa, T., Murakami, N., Murakami, H., Abe, L.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
  • Place of Presentation: Amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 20120701-20120706
• [Presentation] Adaptive optics operation with two wavefront sensors in a coronagraph for exoplanet observations (2012)
  • Author(s): Oya, M., Nishikawa, J., Horie, M., Murakami, N., Kotani, T., Abe, L., Kumagai, S., Tamura, M., Kurokawa, T., Murakami, H.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
  • Place of Presentation: Amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 20120701-20120706
• [Presentation] Coronagraph focal-plane phase masks based on photonic crystal technology : recent progress and observational strategy (2012)
  • Author(s): N. Murakami, J. Nishikawa, W. A. Traub, D. Mawet, D. C. Moody, B. D. Kern, J. T. Trauger, E. Serabyn, S. Hamaguchi, E Oshiyama, M. Sakamoto, A. Ise, K. Oka, N.Baba, H.Murakami, M.Tamura
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
  • Place of Presentation: Amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 20120701-20120706
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための焦点面波面センシングを用いた2波面センサー法 (2012)
  • Author(s): 大矢正人, 堀江正明, 西川淳, 田村元秀, 村上尚史, 小谷隆行, Lyu Abe, 熊谷紫麻見, 黒川隆志, 村上浩
  • Organizer: 応用物理学会第50回光波センシング技術研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-12-05
• [Presentation] Unbalanced nulling interferometer with four-quadrant phase mask (2012)
  • Author(s): Kobayashi, T., Nishikawa, J., Tanaka, Y., Kurokawa, T., Kashiwagi, K., Tamura, M., Murakami, N., Baba, N., Hashimoto, N.
  • Organizer: OFS2012 22nd International Conference on Optical Fiber Sensors
  • Place of Presentation: Beijin (China)
  • Year and Date: 2012-10-14
• [Presentation] 4分割位相マスクによる非対称ナル干渉計を用いた高ダイナミックレンジ光学系 (2012)
  • Author(s): 小林拓自, 西川淳, 田中洋介, 黒川隆志, 柏木謙, 田村元秀, 村上尚志, 馬場直志, 橋本信幸
  • Organizer: 応用物理学会第49回光波センシング技術研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-06-05