Transcript PowerPoint プレゼンテーション - Grism and Immersion

日本天文学会2004年春季講演会
2004年 3月22-24日
新しいVPHグリズムおよび
櫛形格子のグリズム
海老塚 昇1・岡 恵子1, 2・小舘 香椎子2・川端 弘治3・家 正則4
理化学研究所1・日本女子大学理学部2・広島大学理学部3 ・
国立天文台4
1,000,000
Prototype IRHS
for NIR
100,000
HDS
10,000
IRHS
Proto
type
IRCS
1,000
FOCAS
100
R
is
o
lv
im
g
P
ow
er
CIAO
COMICS
OHS
(CISCO)
10
Suprime-Cam
1
0.3
0.5
1.0
2.0
5.0
Wavelength(μm)
10.0
20.0
すばる望遠鏡 観測装置の波長帯域と分解能
L
L
L
ns
L=2L
L=(ns-1)L
(a) Reflection grating
(b) Grism
ns
L=2nsL
(c) Immersion grating
Ideal Resolving PowerR=L/
:
ns : Refractive index
各種回折格子の光路差
ニオブ酸リチウムのグリズム（上）とゲル
マニウム Immersion grating（左）
反射型回折格子
透過型回折格子
グリズム
各種回折格子を用いた同一波長分散の
分光器サイズ
反射型回折格子とグリズムの対物分光器
Trispec用グリズム（名
古屋大学理学部）
しし座流星群の対物分光観測用
グリズムおよび透過型回折格子
CIAO用グリズム
（フッ素系樹脂Cytop 製）
各種グリズムと
透過型回折格子
2
in
n0 =1.0

1次回折光

+1
1
n1
out
0
 0次回折光
n2


VPH格子
5
-1
4
1
2 3 -4
n1
n2
n3
SR (Surface Relief)型とVPH (Volume Phase
Holographic)グリズムの回折効率
FOCAS用各種グリズム
サイズ:110×106×最大106 [mm]。右から低分散 ( R=600 @0.4”ス
リット使用時) 、中分散 (R=1,400) と高分散エシェルタイプ
(R=2,600)のSR (レプリカ) グリズム および、高分散VPHグリズム
(R=2,600)。



VPH格子
5
-1
4
1
2 3 -4
n1
n2
n3
超高分散（800nm直進, R=5,000, ZnSe
プリズム）のVPHグリズム
入射面およびプリズムと格子の界面における屈折の式は
sinα = n1sinθ1
･･･(1)
n1sin(α-θ1) = n2sinθ2
･･･(2)
である。臨界角はθ2が90゜すなわちsinθ2が1.0なので
sin(α-θ1) = n2 / n1
･･･(3)
である。式(1)に(3)を代入して
sinα = n1 sin {α- sin-1 (n2 / n1 ) }
･･･(4)
である。ここでn1=1.5、n2=2.3とするとα=63.6゜である。n1とn2の臨界角が40.7゜、VPHグ
リズムはプリズムを2個使用するのでSR型と光路差が2tan(63.6)/tan(40.7)=4.7、すな
わち約4.7倍の分解能を得ることができる。

VPH (0.02, 400 nm)
VPH (0.02, 600 nm)
VPH (0.02, 800 nm)
VPH(0.02, Bragg)
VPH(0.04, 400 nm)
Surface relief grating
Efficiency





300
400
500
600
700
Wavelength [nm]
800
900
SR型とVPH回折格子の回折効率
1000
n=2
n≠2
頂角可変VPHグリズムの分光器
頂角可変VPHグリズム



VPH格子
5
-1
4
1
2 3 -4
n1
n2
n3
VPHの格子周期をdとするとブラッグ回折の式は、
mλ= 2n2d sin θb
･･･(1)
である。ここでθbはブラッグ角である。入射面およびプリズムと格子の界面に
おける屈折の式はそれぞれ、
sinα = n1sinθ1
･･･(2)
n1sin(α-θ1) = n2sinθ2
･･･(3)
である。θ2=θbとして式(1)に(3)を代入すると、
mλ= 2n1dsin(α-θ1) ･･･(4)
である。ここでn1=2.0の場合に式(2)よりsinα=2sin θ1なのでα=2θ1と見なすと
式(4)は、
mλ= 2d sinα
･･･(5)
が導かれる。すなわち頂角αを変えることによって高い効率を保ったまま波長
を変えることができる。
t
2
エシェルグラム
2
反射面
櫛形回折格子の高次高分散グリズム
VPH格子と櫛形格子の回折効率
まとめ
・SR回折格子は低分散において高い効率。
・VPH回折格子は高分散高効率を実現可能。
・グリズム分光器は小型化が容易。
・VPHグリズムは高効率を保ったまま波長可変。
・櫛形回折格子は広い波長範囲で高分散高効率を
実現可能。
今後の課題
・波長可変VPHグリズムおよび分光器の開発。
・櫛形回折格子の試作および実証実験。