赤外マルチファイバー技術と先端分光技術の融合で惑星展開を目指す小型赤外分光器開発

结合红外多光纤技术和先进光谱技术，开发出面向行星扩张的紧凑型红外光谱仪

• 批准号: 21K18640
• 负责人: 笠羽 康正
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18640/
• 关键词: 赤外ファイバー; 赤外分光; レーザー分光; ヘテロダイン分光; フーリエ分光

2021年度に引き続いて、以下を実施した。(A) 赤外線ファイバーの光路結合・分割技術開発：　(a1/a2) 中空光ファイバの適切な特性評価を行う光学系の確立、それによるコヒーレントなレーザー光による高効率伝送の実証検証、およびインコヒーレントな太陽光による高効率伝送の実証確認について、口頭発表（塚田+ 2022）および査読論文（Nakagawa+ 2023）に結果をまとめた。(a3) 中空ファイバーバンドル開発に引き続き取り組んだ。シーリングとリフォーカスに用いる赤外透過型マイクロレンズアレイ（非球面平凸レンズアレイ 1mmφ×10)により、シース材料が不要で近接配置可能な2次元バンドルHCWの試作・性能評価を実現させた。(B) 分光システムへの結合： (b2)ヘテロダイン分光： 実証確認について、講演（塚田+ 2022）および査読論文（Nakagawa+ 2023）に結果をまとめた。これを基礎に、ミラーを多用し大型・複雑となっていた従来光学系から離れ、同等のシステム雑音温度（10μmでショット雑音限界に迫る約3,000 K）を実現可能な小型中間赤外分光器の設計を行った。2022年度末にはそれに要する光学・電子部品を調達して組み立てを開始した。(b4)フーリエ分光：この組立に要するハードウェア（波面分割型位相シフト干渉計ユニット）およびイメージングスペクトル解析ソフトウェアの評価と改良を製造メーカー（日進機械）からの支援も得つつ進め、講演（根岸+ (JpGU、2022)、趙+ (2022)]でその結果をまとめた。また、将来の宇宙展開も見越して、より広帯域で感度を有するボロメータアレイカメラと、真空環境下で動作可能なピエゾアクチュエータを導入して、波長分解能R~100(λ=8μm)、空間分解能~0.1mmを維持しつつ、より広い波長範囲(4~18μm)でのイメージングスペクトルが取得可能な、真空対応波面分割型位相シフト干渉計の製作を行った。

随后在2021财年中，实施了以下内容：（a）针对红外纤维的光学路径耦合和除法技术的开发：（A1/A2）在口头介绍中总结了结果（Tsukada + 2022）（Tsukada + 2022）和同行评审的纸张（Nakagawa + 2023），以验证验证的范围，以进行验证，以验证验证的范围，以验证验证的范围，以验证验证的范围，以实现验证的范围。使用相干激光以及不一致的太阳能光线传输高效传输。 （A3）继续开发空心纤维束。红外传输Microlens阵列（非球形planoconvex镜头阵列1MMφX 10）用于密封和重新聚焦，可以使原型和二维束hcw的性能评估，可以将其放置在无需鞘内材料的情况下，可以将其放置在附近。 （b）与光谱系统的耦合：（B2）杂化光谱：结果在讲座（Tsukada + 2022）和同行评审的文章（Nakagawa + 2023）中总结了结果。基于此，我们设计了一个小的中红外光谱仪，它可以通过使用大量镜子来达到相同的系统噪声温度（约3,000 K，接近10μm的射击噪声限制），并偏离了已经变得较大且复杂的传统光学系统。在2022财政年度结束时，我们为此目的采购并开始组装光学和电子组件。 （B4）傅立叶光谱法：硬件（波浪面拆分相移干涉仪单元）和该组装所需的成像光谱分析软件的评估和改进是在制造商（Nissin Machinery）的支持下进行的，并且结果在讲座中汇总了（Negishi+（JPGU，202222），Zao+ 20222222222222222222年均已汇总。 a bolometer array camera with wider band sensitivity and a piezo actuator that can operate in a vacuum environment, and fabricated a vacuum-compatible wavefront split-type phase shift interferometer that can obtain imaging spectra over a wider wavelength range (4-18 μm) while maintaining a wavelength resolution of R-100 (λ=8 μm) and a spatial resolution of 0.1 mm.

项目成果

中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発

空心光纤行星探测中红外激光外差光谱仪的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 塚田 悟輝;中川 広務;村田 功;平原 靖大;笠羽 康正;片桐 崇史;松浦 祐司;山崎 敦
• 通讯作者: 山崎 敦

中空光ファイバを用いた太陽系内探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発

开发利用中空光纤进行太阳系探索的中红外激光外差光谱仪

• 发表时间: 2021
• 作者: 塚田 悟輝;中川広務;村田功;平原靖大;笠羽康正;片桐崇史;松浦祐司;宮本明歩;山崎敦
• 通讯作者: 山崎敦

イオ表面環境を模擬した低温SO2霜の2D FT-MIR分光装置の開発

开发模拟碘表面环境的低温 SO2 霜二维 FT-MIR 光谱仪

• 发表时间: 2022
• 作者: 根岸 昌平;古賀 亮一;趙 彪;平原 靖大;李 源;伊藤 文之;笠羽 康正;山崎 敦
• 通讯作者: 山崎 敦

塚田 悟輝、中川 広務、村田 功、平原 靖大、笠羽 康正、片桐 崇史、松浦 祐司、山崎 敦

冢田五贵、中川博、村田功、平原泰弘、笠场康正、片桐隆、松浦雄二、山崎敦

• 发表时间: 2022
• 作者: 根岸 昌平;古賀 亮一;趙 彪;平原 靖大;李 源;伊藤 文之;笠羽 康正;山崎 敦;中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発
• 通讯作者: 中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発

遠赤外線２次元フーリエ分光器（2D FT-FIR）光学系の開発

远红外二维傅里叶光谱仪（2D FT-FIR）光学系统的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 趙彪;古賀亮一;平原靖大;根岸昌平;李源;伊藤文之,笠羽康正;松原英雄
• 通讯作者: 松原英雄