レーザー干渉計型望遠鏡ジオメトリーモニターの開発

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本研究では、レーザー干渉計を用いて、位置天文観測プロジェクト(JASMINE)で使用する1mスケールの望遠鏡のジオメトリーの変動(2枚の鏡の成す相対角やその間隔の変動等)を高精度で測定する装置の開発を行うことを目的としています。目標の測定精度は角度で10prad、長さで10pm、測定のタイムスケールは数秒から数時間です。本研究で開発を行うレーザー干渉計型の変位測定装置の特徴は、測距のデータをヘテロダイン方式で読み出すという点です。この方式では、測距の際、相対的な変位量測定に関しては校正が不要なため、JASMINEのように望遠鏡の数ヵ所を複数の干渉計を用いて同時に測定する必要がある場合には、有用な測距方式であると考えられます。ヘテロダインレーザー干渉計の基礎開発項目として、次の3点が挙げられます。(1)多自由度測定が可能であることの実証、(2)JASMINEの要求精度で測定が可能であることの実証、(3)レーザー周波数の長時間の安定化です。(1)に関しては、採用第1年度において既に実証されています。採用第2年度においては(2)、(3)の項目についての検討を行いました。特に(2)に関しては、採用第1年度において、開発中のレーザー干渉計型変位センサーが1.5時間のRMS値で20pmの測定精度を有することが実測され、(小型)JASMINEで要求されている測定精度を満たしていることが確認されていますが、今後さらに高精度の測定性能を実証する必要性がでてくると考え、そのための対策を検討しました。その結果、光学系の配置を完全に対称化することで、コモンモードノイズリダクションにより、外乱の要因となっている光路長の変動やレーザー周波数雑音の影響を減衰させることができるという結論が得られました。以上の研究成果によって、本研究テーマであるレーザー干渉計型変位測定装置の基礎開発が終了しました。さらに本研究で開発した変位測定装置を用いて実際に望遠鏡素材の熱変形を測定する実験に着手し、レーザー干渉計の光学系デザインを考案するに至りました。