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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）

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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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）

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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)

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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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