共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 グリーンランド氷床からの超広視野サブミリ波宇宙探査観測の実現
新規・継続の別 継続（R02年度から）
研究代表者／所属 国立天文台 先端技術センター
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 大島泰

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 竹腰達哉 北見工業大学 助教

2

 中坪俊一 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 主幹研究開発員

3

 木村勇気 北大低温研

4

 藤田和之 北大低温研

5

 森章一 北大低温研

研究目的 ミリ波サブミリ波帯の広視野撮像観測は、運動学的スニヤエフ・ゼルドビッチ効果を用いた銀河団の運動状態の推定に重要であり、宇宙最大の天体である銀河団の動的な進化過程の解明を可能にする。我々は、直径12mのサブミリ波望遠鏡、グリーンランド望遠鏡(GLT)に、多色サブミリ波カメラ(GLTCAM)を設置し、銀河団サーベイを行うことを目指している。そこで、130-720 GHzの大気の窓を3色以上で同時撮像観測が可能なカメラを開発し、多色サブミリ波サーベイを世界に先駆けて実現することを目的とする。
試作した超伝導オンチップバンドパスフィルター特性測定用の検出器チップ。　クライオスタット内に組み込んだ読み出し配線と検出器モジュール。　レンズを接着した検出器ウェハーとアルミ製検出器ウェハーホルダー。
研究内容・成果 2023年度は、多色化の鍵となる多色検出器チップの製作と評価試験を開始した。具体的には下記の成果を得た。

1. 試作した超伝導オンチップフィルター評価用の検出器チップの顕微鏡写真を図1に示す。新たに設計されたバンドパスフィルターを超伝導検出器であるマイクロ波力学インダクタンス検出器MKIDおよび平面アンテナと結合することで、必要なバンドのみ検出器に導入する。
2. 極低温冷凍機の内部にMKIDを読み出すための同軸線を新規に設計・試作した。既存のCuNi線を用いたものは熱伝導が大きいため、NbTi製の超伝導同軸線の導入をコンパクトな配置で実現した。新たに設計したシンプルな極低温ステージ配線系を図2に示す。
3. 新たに試作された検出器チップ読み出し試験を実施した。高精度にレンズアンテナを接着する治具を設計・製作し、数10ミクロン精度でのシリコン半球レンズの検出器ウェハーへの接着手法を確立した（図3）。さらに、昨年度製作した検出器ケースを利用して極低温ステージに検出器を組み込み、検出器の性能評価試験を実施した。この際には、検出器の光学応答を見るための既存の可変温度黒体の治具を改良し、新しい検出器ケースでMKIDの測定評価試験を実施できるようにした。
4. 極低温ステージでの冷却試験の結果、MKID共振器の極低温ステージの温度変化による応答と入射光による光学応答を確認した。

今後はクリーンルームおよび外注での検出器製作を進めるとともに、検出器の評価試験を進め、MKIDおよび超伝導オンチップフィルターの定量的な性能評価を目指す。
試作した超伝導オンチップバンドパスフィルター特性測定用の検出器チップ。　クライオスタット内に組み込んだ読み出し配線と検出器モジュール。　レンズを接着した検出器ウェハーとアルミ製検出器ウェハーホルダー。
成果となる論文・学会発表等 "GLTCAM: Concept of Multi-color Millimeter and Submillimeter Camera for the Greenland Telescope"， Shinsuke Uno， Tatsuya Takekoshi， et. al.， the 20th International Conference on Low Temperature Detectors， Daejeon， Korea， 23-28 July 2023
"GLTCAM: Concept of Multi-color Millimeter and Submillimeter Camera for the Greenland Telescope"， Shuhei Inoue， et al.， 第24回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ/2023年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ， 甲府， 2023年11月20-21日 (ポスター講演)
"GLTCAM: mm/submm muti-color camera for the Greenland telescope"， 竹腰達哉他， 次世代のサブミリ波観測とシミュレーションの計画検討会， 箱根， 2024年2月6日