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補償光学装置の概要

補償光学装置の概要. 観測装置ゼミ 2013/09/06. 補償光学 (Adaptive Optics ; AO) とは ？. 地球の大気のゆらぎ ( シーイング ) に よって歪められた天体からの光を補正する 装置 1953 年に H.W. Babcock によって概念が発表 太陽 望遠鏡では 1998 年に初めて 実用化 AO の 目的は望遠鏡の回折限界 1.22 λ / D ( D : 望遠鏡の口径 , λ : 観測波長 ) を達成すること. なぜ太陽観測に AO が必要か ?.

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補償光学装置の概要

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Presentation Transcript

  1. 補償光学装置の概要 観測装置ゼミ 2013/09/06

  2. 補償光学(Adaptive Optics ; AO)とは？ • 地球の大気のゆらぎ(シーイング)によって歪められた天体からの光を補正する装置 • 1953年にH.W. Babcockによって概念が発表 • 太陽望遠鏡では1998年に初めて実用化 • AOの目的は望遠鏡の回折限界 1.22λ/D(D: 望遠鏡の口径 , λ: 観測波長) を達成すること

  3. なぜ太陽観測にAOが必要か? • 太陽表面において磁場は直径50-100km程度の磁気要素とよばれる構成単位から成る • 太陽表面の光の平均自由行程も同程度 太陽表面で70kmに相当する角度分解能0.1” もしくは望遠鏡の回折限界で出来るだけ 長時間観測したい AOが必要不可欠！

  4. DSTでAOによって目指す科学 • ゼーマン効果とハンレ効果によるプロミネンス磁場構造の解明 • 従来より偏光観測に用いられているゼーマン効果に加え、ハンレ効果による偏光を観測することによって、今までわからなかったプロミネンスや彩層の磁場などを解明できる可能性がある • シュタルク効果による電場の検出 ,,,etc ただし、これらはAOによって 直接的に可能になるわけではない

  5. AOの原理 (1) 観測装置 (3) 波面センサ (2) 補償光学系

  6. 波面センサー シャックハルトマンセンサー 検出器 ゆらぎが ない場合の 結像位置 望遠鏡 からの光 乱れのない 波面 マイクロレンズ アレイ

  7. 波面センサー シャックハルトマンセンサー 検出器 このずれ を測ると 波面の傾き がわかる 望遠鏡 からの光 乱れた 波面 マイクロレンズ アレイ

  8. 可変形鏡 • フェースプレート鏡 • 連続した鏡に複数の素子をとりつけ、それぞれを単独に動かし変形させる • バイモルフ鏡 • 横方向に伸縮特性が正反対の圧電素子を2枚張り合わせて作成 • 一方が縮み、もう一方が伸びることで曲率を作ることができる 飛騨ではフェースプレートを採用

  9. tip-tilt鏡 Z Y • 前述の可変形鏡で波面の 補正を行う前に、平面の傾き を変えて、波面の大まかな 向きを揃えるための鏡 • 制御系は前述の可変形鏡と 同じループで行われる場合と、 　より高次なAOを設計するため にそれぞれの制御系を 　分ける場合がある X X方向 ピエゾ素子 回転軸 • 飛騨では高次な後者の方を採用

  10. 次世代の補償光学装置 • 超高性能補償光学装置(Extreme Adaptive Optics; ExAO) • 素子数を1000以上に増やすことによって狭い視野でのストレール比0.8以上の高精度の観測を目指す

  11. 次世代の補償光学装置 • 多層共役補償光学(MCAO) • 複数のガイド星を用いて断層写真法で高さ方向情報を獲得し、複数の大気ゆらぎの高さに光学的に共役な位置に可変形鏡を配置し、それぞれが対応した高さにある大気ゆらぎを補正する →広い範囲で補正できる

  12. MCAOのデモンストレーション

  13. MCAO実験結果 Vacuum Tower Telescope(VTT) von der Lühe et al.,2005 波長: ４３０nm 左: AOなし 中: AO 右：MCAO FOV: 45”×45” 左: AO 右：MCAO Dunn Solar Telescope(DST) Rimmele et al. ,2010c

  14. 次世代の補償光学装置 • 接地境界層補償光学(GLAO) • 大気揺らぎのもっとも影響の大きい地表付近のゆらぎだけを補正することによって広い視野でシーイングサイズを半分程度にする

  15. strehl比

  16. DSTのAOの現状 Without AO With AO 2秒角程度の構造は見えている 0.8秒角程度の構造 AO-OFF 分解能=1.5秒角程度 DST(430nm)の回折限界=0.15” AO-ON　分解能0.6秒角程度

  17. DSTにおけるAO 波面センサー N N 位置ずれセンサー 可変形鏡 Tip-Tilt 鏡 レンズ

  18. 2. 常設新AO装置の概要 偏光較正装置 簡単化した概念図 偏光解析装置-2 補償光学装置 偏光解析装置-１

  19. M12 M11 M14 M9 M1 M10(DM) M13(parabola) M16 M7 M8(parabola) M15 M3 M6(parabola) M5(TTM) M2 M4(parabola) 新補償光学装置

  20. Vacuum Tower Telescope（VTT） • テネリフェ島(スペイン領カナリア諸島） • 口径70cm

  21. Dunn Solar Telescope(DST） • アメリカニューメキシコ州サクラメントピーク • 口径76cm

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