京大極限補償光学 点回折干渉を用いた 波面センサの開発 2013/12/17 第3回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ @京都 京大極限補償光学 点回折干渉を用いた 波面センサの開発 木野勝（京大） 今田大皓（筑波大） 松尾太郎（京大） SEITメンバー 岡山3.8m望遠鏡計画メンバー
目的 | 系外惑星の直接検出 対象 ： 木星型惑星 主星から 0".2の位置で コントラスト ～106 1/7 | 系外惑星の直接検出 対象 ： 木星型惑星 主星から 0".2の位置で コントラスト ～106 | 観測条件 ・ 望遠鏡 ： 岡山3.8m望遠鏡 ・ 観測波長： J、 H-band | 将来的にTMTへ拡張（SEIT計画） 地球型惑星の検出へ
装置概要 ・ 1000素子 ・ 5kサンプル/秒 ・ 波面誤差 <20nm ・ 測定波長 700～900nm 2/7 極限補償光学 コロナグラフ 高コントラスト カメラ Tip-Tilt 低次(Woofer) AO 高次(Tweeter) AO ・ 1000素子 ・ 5kサンプル/秒 ・ 波面誤差 <20nm ・ 測定波長 700～900nm → 4000素子、20kサンプル/秒まで拡張可 波面センサ 可変形鏡
波面センサの形式 中心星の近くで 高精度 | Shack Hartmann波面センサ 測定量 ： 傾斜 ・・・・ 1回積分で波面形状 4/7 | Shack Hartmann波面センサ 測定量 ： 傾斜 ・・・・ 1回積分で波面形状 | 曲率センサ 測定量 ： 曲率 ・・・・ 2回積分で波面形状 | 位相型波面センサ 測定量 ： 位置 Guyon 2005 測定誤差 中心星の近くで 高精度 中心星からの離角[arcsec]
例：Mach-Zehnder型波面センサ 位相測定型センサ 5/7 | 利点 ・高精度 ・積分誤差の蓄積がない ・・・ 多素子化が容易 ・必要なピクセル数が少ない ・・・ 読み出しが高速 | 欠点 ・ダイナミックレンジが狭い ・・・ Woofer AOとの組み合わせで解決 ・ロバスト性が低い ・・・ 点回折干渉を用いた波面センサで解決! 例：Mach-Zehnder型波面センサ
Point Diffraction Interferometer : PDI 点回折干渉計 6/7 Point Diffraction Interferometer : PDI | 焦点面に半透過のピンホールマスクを設置 ピンホール内を通過した光 ： 球面波 (参照光) ピンホール外を通過した光 ： 乱れた位相 (被検光) | 完全な共通光路 & 単純な光学系 → 高いロバスト性 | 鏡面形状の測定で実用化 Smart & Steel 1975
～□40mm AO用波面センサへの応用 | 被検光 と 参照光 を 偏光 で 分離 ・・・4位相同時取得 & 高スループット を 実現 7/7 | 被検光 と 参照光 を 偏光 で 分離 ・・・4位相同時取得 & 高スループット を 実現 サバール板 ～□40mm ピンホール偏光BS 外形2mm ピンホール径 56μm
ピンホール偏光BS | このセンサの性能を決める素子 今田さんの講演へ