レーザー干渉計型
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丹羽佳人 ( 京大人環・国立天文台 )  新井宏二 上田暁俊  ( 国立天文台 ) 阪上雅昭 ( 京大人環 )  郷田直輝 小林行泰 矢野太平  ( 国立天文台) PowerPoint PPT Presentation


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レーザー干渉計型 JASMINE 望遠鏡ジオメトリーモニターの開発. 丹羽佳人 ( 京大人環・国立天文台 )  新井宏二 上田暁俊  ( 国立天文台 ) 阪上雅昭 ( 京大人環 )  郷田直輝 小林行泰 矢野太平  ( 国立天文台) 山田良透(京大理)     他 JASMINE ワーキンググループ. Outline. ヘテロダイン型レーザー干渉計を用いた複数自由度の微小変動量測定. 1. Motivation - 望遠鏡ジオメトリモニターの必要性 - 2. 測距装置  - ヘテロダイン型マッハ・ツェンダー干渉計 -

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Presentation Transcript


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レーザー干渉計型

JASMINE望遠鏡ジオメトリーモニターの開発

丹羽佳人(京大人環・国立天文台) 新井宏二 上田暁俊 (国立天文台)

阪上雅昭(京大人環) 郷田直輝 小林行泰 矢野太平 (国立天文台)

山田良透(京大理)     他JASMINEワーキンググループ


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Outline

ヘテロダイン型レーザー干渉計を用いた複数自由度の微小変動量測定

1. Motivation- 望遠鏡ジオメトリモニターの必要性 -

2. 測距装置  - ヘテロダイン型マッハ・ツェンダー干渉計 -

3. 開発状況 - 多自由度(Length,Pitch,Yaw)同時測定 -

4. future work- 干渉計感度実証実験 -

5. Summary


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1. Motivation

  • JASMINE PROJECT

(Japan Astrometry Satellite Mission for INfrared Exploration)

⇒近赤外線による位置天文観測を衛星を用いて行う計画

JASMINEの目標

3万光年

現在の星図の範囲

300光年

はじめて我々の銀河系の構造が明らかになる


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1. Motivation

  • JASMINEの観測原理

o 位置天文観測

年周視差 ⇒距離の情報

横断速度 ⇒固有運動の情報

o 観測領域の全体像

スナップショット(小フレーム)を無矛盾に連結


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JASMINE 望遠鏡

副鏡

~1m

主鏡

~1m

~0.3m

赤外線検出器

1. Motivation

  • 望遠鏡に対するrequirement

o 望遠鏡の各コンポーネントの変形

⇒各小フレームの拡大率変動

o JASMINEの目標精度

拡大率 3.3×10-11

以内が必要

⇒角度変動 ~10prad

⇒長さ変動 ~10pm


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1. Motivation

  • 対処方法

o 熱構造設計

o 材料

o 熱制御

etc.

それでもやはり10pm~100pmほど動く

レーザー干渉計で安定度を監視する


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1. Motivation

  • 望遠鏡ジオメトリモニターの開発の流れ

  • 複数自由度を矛盾なく測定できることを実証

  • 干渉計で10時間のRMS値で10pmの精度で測定できることを実証

  • 1mスケールの構造体の安定度を10時間のRMS値で10pm の精度で実測

  • 本実験の目的 

Ⅰの実証

レーザー干渉計を用いて鏡の動きを3自由度で同時に測定する


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2.測距装置

  • 測距信号検出方式

ヘテロダイン干渉法

δfのうなり

δx

測距信号

ν+ δf/2

Laser

位相比較

ν

AOM

Reference信号

AOM

ν- δf/2

ヘテロダイン型マッハ・ツェンダー干渉計

うなりの位相変化 δφ を測定し、長さ変動量 δx を検出


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2.測距装置

  • 多自由度測定への応用

Yaw

Pitch

Length

o 鏡の3自由度の動きをモニター

(Length , Pitch , Yaw)

⇒4箇所での長さ変動を測定

⇒3自由度の変位に読み替える


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2.測距装置

  • 3自由度ジオメトリーモニター光学系

Target mirror

5組のマッハ・ツェンダー

干渉計をセットアップ

Laser bench

(0.3m×0.3m)

Optical bench (0.6m×0.6m)


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3.開発状況

  • 多自由度測定の検証

  • 4つのヘテロダイン干渉計を同時に動作

  • 3自由度の動作を分離して測定

  • Reconstructionの精度 (Cal誤差、カップリング)評価*

*JASMINEの主鏡をモニターしていると考えると…

各自由度の変位伝達関数に対する要求

副鏡

主鏡


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3.開発状況

①4ch 同時測定

Length方向にPZTで三角波を入力

1ch

2ch

3ch

4ch

Ref.

デジタル位相比較器

(4046-PC3)

干渉計信号 ~50KHz

4chで同時に変位測定ができていることを確認


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3.開発状況

②3自由度動作の分離

各自由度にPZTで同時に正弦波を入力

(L,Y,P)=(1Hz,2.3Hz,3.3Hz)

⇒1ch~4chで測定

3自由度の動きの分離に成功


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3.開発状況

③Reconstructionの精度評価

各自由度の変位伝達関数を測定

⇒Cal誤差  : 15%以下

⇒カップリング : 4.3%以下

JASMINEの要求精度を満たすレベル


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4. future work

  • 望遠鏡ジオメトリモニターの開発の流れ

検証完了

  • 複数自由度を矛盾なく測定できることを実証  ⇒ 

  • 干渉計で10時間のRMS値で10pmの精度で測定できることを実証

  • 1mスケールの構造体の安定度を10時間のRMS値で10pm の精度で実測

Ⅱの実証

感度実証実験: ヘテロダイン干渉計を用いて

10時間のRMS値で10pmの精度で測定する


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4. future work

  • JASMINEモニターの要求精度と雑音レベル

10時間のRMS値で10pmは達成できる見込み


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4. future work

  • 干渉計の雑音レベル

o 大気中における1mスケールの干渉計雑音レベル

  • 10時間でのRMS値 ⇒ 0.1um

  • 数時間のタイムスケールのドリフト ⇒ 温度変化による光路長変化

温度変動の影響を受けにくい干渉計設計が必要


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PLL

4. future work

  • 感度実証実験のための準備

o Reference信号の安定化

δx

測距信号

ν+ f1

Laser

ν

位相比較

AOM

AOM

Reference信号

ν+ f2

Reference信号の位相を安定化することによって

同相雑音を抑える


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4. future work

o Reference信号の雑音レベル

緑:reference信号の雑音レベル(in loop ) ⇒ 要求値まで残りfactor

紫: 位相比較器の雑音レベル

青: 干渉計の雑音レベル (out of loop)

In loop での10pmの雑音レベル達成の見込み


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4. future work

o感度実証実験のための光学系設計

Vacuum chamber

理想的には4つのBSが配置されたエリアの安定度

で感度が決まる  ⇒現在セットアップ中


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5. Summary

  • Summary

o JASMINE PROJECT

o 望遠鏡モニターの必要性

 ⇒レーザー干渉計型望遠鏡ジオメトリーモニター

o 多自由度測定の検証

○①4つのヘテロダイン干渉計を同時に動作

○②3自由度の動作を分離して測定

○③Reconstructionの精度評価

o 感度実証実験(今年度 実験予定)

  ヘテロダイン干渉計でJASMINEの目標感度で

  の測定を目指す


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