ポスター

Report
○竹腰達哉、南谷哲宏、徂徠和夫 (北海道大)、中坪俊一(北大低温研)、川村雅之、河野孝太郎 (東京大)
大島泰、田村陽一、江澤元、川辺良平 (国立天文台)
Brightness of galaxy (mJy)
科学目標
AzTEC on ASTE(2007-2008) 1.1mm連続波観測
多数のサブミリ銀河を検出!
新しい連続波カメラによる多波長観測
多数のサブミリ銀河に対する赤方偏移の推定
特別推進研究
を目指す!
「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」
450μm
850μm
1.1mm
ASTE 搭載用多色ボロメータカメラの概要
ASTE望遠鏡 性能緒元
サブミリ波望遠鏡
チリ, アタカマ砂漠 標高4860mに設置
国立天文台+大学連合
Atacama
Submillimeter
Telescope
Experiment
•カセグレン光学系
•主鏡直径10m
•鏡面精度19μm
•指向精度2” rms
Wavelength (mm)
研究代表者:河野孝太郎
Sunyaev-Zel’dovich効果を用いた遠方銀河団の超高温成分の温度の推定
銀河系内の分子雲コアや近傍銀河のGMC中の低温ダスト成分の物理量の導出
連続波カメラの概要
国立天文台ATC・UC Berkeleyと協力して開発
•冷凍機: パルスチューブ冷凍機 + 3He-4He吸着式冷凍機
•ボロメータ: 超伝導遷移端センサー(Transition Edge Sensor, TES)
•読み出し: SQUIDによる周波数分割Multiplex方式
•光学系:ASTEに最適なボロメータカメラ光学系を設計
光学素子の構成
Dichroic filter
周波数分割メッシュフィルター
多色同時観測の実現
Lyot stopを兼ねることで省スペース化
– 多素子化が可能
– 視野 7.5分角
– 2波長帯同時観測
効率的な観測を実現!
HDPEレンズ
誘電体レンズ
telecentric光学系の実現
•素材: HDPE(高密度ポリエチレン)
•Grooveによる反射防止加工
搭載計画
バンド定義
270GHz(1.1mm)帯: 244 - 294 GHz (40GHz幅)
350GHz(850μm)帯: 330.5 – 365.5 GHz (35GHz幅)
670GHz(450μm)帯: 630 - 710 GHz (80GHz幅)
Phase
搭載時期
バンド数
周波数帯
波長帯
バンド幅
画素数
FWHM
視野
NEFD
ホーンアレイ
ホーンアレイ
コニカルホーンをアレイ化
周波数
カットオフ周波数
TESの素子間隔(3.9mm)
導波管直径:
270GHz:φ0.717mm
350GHz:φ0.531mm
開口直径
光学系の設計
III
2012/6
2
350/670GHz
850/450μm
35/80GHz
271/881
22”/11”
7.5’
35/80mJy/√s
物理光学による評価
ZEMAXによる光学系の設計
幾何光学系の設計ソフトZEMAXを用いた設計
物理光学によるLyot stopのサイズ決定
4Kの開口絞りをDichroic filterともに設置
デュア内光学系
全体図
II
2011/6
2
270/350GHz
1100/850μm
40/35GHz
169/271
28/22”
7.5’
10/35mJy/√s
フレア長
エッジレベルの小さな光学系
300Kからの漏れ込みを減らすことが重要
Lyot stopを幾何光学設計値から絞り、各光学素子のスピルオーバーをGRASP9で計算
optics NEP
aperture efficiency / optics NEP
aperture efficiency
5.0
2.0E+16
1.0000
aperture efficiency
optics NEP [10-17 WHz-1/2]
270GHz
4.0
3.0
2.0
1.0
0.8000
aperture eff./NEP
開口直径 2θ
フレア長 F/#horn edge lv.
12.7° 16.50mm 2.525 -2.99dB~-4.84dB
band1
270GHz 3.65mm
12.7° 16.50mm 3.233 -3.08dB~-4.99dB
band2
350GHz 3.65mm
第2世代 670GHz 1.815mm 12.7° 8.205mm 3.233 -2.79dB~-4.50dB
I
2010/10
2
270/350GHz
1100/850μm
40/35GHz
169/271
28/22”
7.5’
10/35mJy/√s
0.6000
0.4000
0.2000
0.0000
0.0
0%
20%
40%
60%
lyot size
80%
100%
skyを除いた光学系起源のノイズ
とLyot stopのサイズとの関係
1.5E+16
beam1
1.0E+16
beam2
beam3
5.0E+15
beam4
0.0E+00
0%
20%
40%
60%
lyot size
80%
100%
Lyot stopを85%まで絞ったとき、
• 漏れ込みが十分小さい
• 素子間でノイズが変わらない
さらに、光軸のズレに対しても強くなる
0%
20%
40%
60%
lyot size
80%
100%
開口能率に対する光学系からの漏れ込み
とLyot stopのサイズの関係
Lyot stopは85%が最適
GRASP9を用いた物理光学解析
レンズやLyot stop、デュア窓の効果を考慮
薄レンズ近似した等価な反射光学系を解析
270GHz Field No. Gain
Field1
Field2
Field3
Field4
84.62dB
84.70dB
84.06dB
84.52dB
エアリーディスク
Spot diagram
回折限界で決まる分解能
幾何光学系の評価
270GHz
•Spot diagram: エアリーディスクより十分小さく結像すればOK
•Strehl比: 収差がない場合とのピーク強度の比、≳0.8で無収差
6.8mm
Strehl比
Field(dAz, dEl)
350GHz
1(0’, 0’)
2(-3.25’, 1.13’)
6.7mm
3(3.75', -1.13')
4(-1.13, -3.25’)
5(1.13', 3.25')
670GHz
3.6mm
350GHz Field No. Gain
670GHz
0.927
0.883
0.972
0.828
0.828
350GHz
0.979
0.966
0.992
0.948
0.949
270GHz
0.987
0.980
0.995
0.969
0.969
M3修正楕円鏡
ZEMAXで最適化を実行
Field1
Field2
Field3
Field4
Gain
92.21dB
92.21dB
91.46dB
91.68dB
Beam
efficiency
36.40%
36.29%
31.51%
35.07%
Beam
position
2.52''x0.00''
225.72''x0.00''
237.60''x0.00''
10.44''x232.20''
Beam
efficiency
33.83%
33.76%
28.41%
29.92%
Beam
position
2.52''x0.00''
225.72''x0.00''
237.60''x0.00''
10.44''x232.20''
HPBW
27.72''x28.80''
27.00''x26.64''
29.88''x28.80''
27.72''x28.08''
HPBW
21.24''x22.32''
20.88''x21.60''
23.04''x22.32''
21.24''x21.96''
HPBW
11.16''x11.52''
11.16''x11.52''
11.88''x11.52''
11.52''x11.52''
Sidelobe Sidelobe
level
position
-17.60dB 32.04''
-16.36dB 43.92''
-17.08dB 47.52''
-17.91dB 43.92''
Cross pol
level
-34.61dB
-34.60dB
-34.78dB
-29.01dB
Sidelobe Sidelobe
level
position
-17.33dB 33.12''
-16.03dB 33.84''
-17.21dB 36.00''
-18.17dB 34.20''
Cross pol
level
-33.88dB
-34.25dB
-34.33dB
-28.70dB
Sidelobe Sidelobe
level
position
-16.67dB 17.28''
-15.21dB 16.20''
-16.87dB 19.80''
-18.61dB 17.64''
Cross pol
level
-35.00dB
-35.06dB
-35.14dB
-28.42dB
有効開口径8.5m, エッジレベル-4dBとconsistent
• ビームパターンも問題なし!
300Kからの放射を減らすため、
直径560mmのミラーを使用
参考文献
Ade, P.A.R. et al. 2006, Proc. of SPIE, 6275
Ezawa, H. et al. 2004, Proc. of SPIE, 489, 763
Goldsmith, P.F. 1998
Lamb, J.W. et al. 1996, IJIMW, 17, 1997
670GHz Field No.
86.89dB
86.88dB
86.27dB
86.73dB
Beam
position
2.52''x0.00''
225.72''x0.00''
237.60x0.00''
10.44''x232.20''
•ビームサイズ
全ての視野方向、観測周波数帯で0.8以上
結像性能は
問題なし!
Field1
Field2
Field3
Field4
Beam
efficiency
36.23%
36.91%
31.84%
35.45%
Matsushita, S. et al. 1999, PASJ, 51, 603
Tamura, Y. et al. 2009, Nature, 459, 61
Wagner-Gentner, A. et al. 2006, 48, 249
Wilson, G.W. et al. 2008, MNRAS,386,80
結論
•幾何光学を用いて1100μm帯で169素子、850μm帯で271素子、450μm帯で881素子で、視野7.5’
角、2波長同時観測可能な光学系を設計した。
•光線追跡シミュレーションにより、すべての視野、周波数帯においてストレール比が0.8以上
を満たす、十分な結像性能を持つ光学系であることを示した。
•物理光学シミュレーションによって、Lyot stopのサイズが幾何光学の85%のとき光学系起源の
ノイズに対する天体からの信号の比が最大になることを示した。また、開口能率、ビームパ
ターンなどを調べ、十分な性能を得られることを確認した。
2010年後半ASTE搭載予定!

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