幾何学的位相と渦位相を利用した立体サニャック干渉光学系の研究

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1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度や明るさの変化などで間接的に約400個が確認され、最近、巨大惑星が直接撮影された。系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出のためには、惑星よりも極めて強い恒星の回折光や波面誤差によるスペックルノイズ(散乱光)を除去(Nulling)し、埋もれていた惑星の光を直接検出する撮像光学システム(コロナグラフと呼ばれる)で10桁以上の広いダイナミックレンジが必要とされている。本研究では、幾何学的位相と渦位相を利用して、可視光全域で6桁を超える消光比の干渉計型コロナグラフを構築し、望遠鏡搭載の目処を得ることを目標とする。本研究は、2段の立体Sagnac干渉計で成り立っている。前段の干渉計は、単体では幾何学的位相により180度の位相差をつけた2光波で打ち消し合うもので、既に2色の光源で1E-6@5λ/D程度の消光比を達成している。2段全体でよく打ち消し合う効果を得るために、今回前段で発生する2光波は、軸外光の伝搬方向は180度の違いを維持しつつ、位相は0度(360度)の強め合う干渉状態になるように波長板を干渉計内に挿入し、また、後段の干渉計は、軸外光の伝搬方向の違いは90度で位相は180度の差をつけて打ち消し合うようにする必要性が確認された。従って2段全体として発生する4光波は、軸外光の伝播方向は0度、90度、180度、270度、と90度ずつずらした方向で、位相は0度、180度、360度、540度、と全体で2波長の渦位相を4つに量子化されていることになる。後段の干渉計は、鏡面数が4、5、6、などの解が得られたが、半透鏡に用いる偏光ビームスプリッターの消光比が全体の消光比を制限することが明らかになった。