共同研究成果報告書	 
平成	  28 年	  4 月	  20 日研究代表者：氏	  	  名	  	  小林	  尚人	  	  	  	  	  	  	  	  	  	 所属・職	  	  東京大学大学院理学系研究科附属天文学教育研究センター・准教授	 	 
研究題目：高効率Geイマージョングレーティングの性能評価	 	 
１．研究の実績	 	  (1)研究の実施日程	 
実	  	  	  	  施	  	  	  	  日	  	  	  	  程	 研究項目	 
4月	  5月	  6月	  7月	  8月	  9月	  10月	  11月	  12月	  1月	  2月	  3月	 Ge-IG回折格子用ARコート波長 	 帯検討・設計	 	 

●	 

●	 

●	 

●	 	 	 	 	 	 	 ARコート試作	 	 	 	 	 	 

●	 

●	 

●	 

●	 

●	 	 	 

Ge-IG回折格子	 の効率測定	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 ●	 ●	 	 	  (2)研究の成果の説明	 	  TMTの集光力を生かした高感度の高分散観測装置の実現には、素子の大型化や広帯域化などに伴う様々な技術的課題を解決する必要がある。我々は、その解決に向けて革新的な新しい技術の実証を進め、それを用いたプロトタイプ装置の開発(赤外線高分散分光器	 VINROUGE)も進めている。
本研究では、近赤外-中間赤外線高分散分光観測の実現のためのキーデバイスとなる「Geイマージョングレーティング」の性能評価を目的として、下記の開発研究を行った。その結果、ほぼ理論限界値に等しい絶対回折効率（ピーク波長において~65%）を得て、天文観測への応用に十分な性能を持つことを実証し、本申請の目的を十分に達成した。	 	 
1.	 Geイマージョングレーティング(以下Ge-IG回折格子)用ARコート波長帯検討・設計	 	  TMT 用 の 中 間 赤 外 線 観 測 装 置 と し て 提 案 さ れ て い る MICHI(Mid-Infrared	  Camera,	 High-disperser,	 and	 IFU)へのIG回折格子使用を念頭に、MICHIのメンバーともカバーすべき波長帯の議論を重ね、波長2-5um帯および4-13.5um帯の2つの広帯域ARコートを設計した。その結果、波長域全体で97-98%以上の透過率を示す高性能な設計解を得た(図1)。なお、波長2-13.5um帯を一度にカバーする超広帯域ARコートも検討したが、同レベルの高い透過率を示す設計解は得られなかった。	 	 
2.	 ARコート試作	 	  ARコートのテストサンプル(Ge平面基板)を作成し、FTIRを用いてその透過率を測定した(図2)。
2-5um帯のコートは、設計値からおよそ1-2%の範囲内(ARコート1面のみの透過率に換算)に収まる十分な性能が得られていることを確認した。4-13.5um帯のコートは、長波長側で若干透過率が低くなっているものの(3%以上)、R&Dとしては十分な結果であり、最終版への設計修正の見込みを得た。	 

	 
3.	 Ge-IG回折格子の効率測定	 	  波長2-5umのARコートを施したGe-IG回折格子(図3)の波長4.5um付近での回折効率を、常温において測定した。その結果、ほぼ理論限界値(厳密結合波解析法による回折効率計算)に等しい絶対回折効率(ピーク波長において~65%)が得られた(Sarugaku	 et	 al.	 in	 prep.)。	 

図 1.	 AR コートの設計解(左：2-5μm、右：4-13.5μm):	 2-5um 帯用では 97%以上、4-13.5um 帯用では 98%以上の透過率を示す高性能な解が得られた。	 

図 2.	 片面に AR コートを施した Ge 平面基板の透過率(左：2-5μm、右：4-13.5μm):	 裏面には AR コートをつけていな
いため、フレネル反射によるロスで最大で 64%の透過率になっている。赤線は FTIR を用いた測定値。黒線は設計値(図1)から期待される透過率。黒点線は AR コート面の透過率が 100%の場合に期待される透過率。ここでは、Ge の屈折率はn=4.0 と仮定し、吸収係数は我々が別途測定した値(Kaji	 et	 al.	 2014)を使用している。測定値だけに見られる微細なフィーチャーは、サンプル測定と校正用データ測定の間に、実験室中の空気による光の吸収量が変動するために生じる人工的なもの。	 

図 3.	 波長 2-5um 帯用高効率 Ge イマージョングレーティング:	 入射面(左)・回折面(右)には、それぞれ誘電体多層膜による広帯域 AR コート・金属膜による反射コートが施されており、ピーク波長において絶対回折効率~65%を達成。ほぼ理論限界値の性能を持つ高効率の Ge イマージョングレーティングを実現した(Sarugaku	 et	 al.	 in	 prep.)。	 

使用実績報告書
１．総括表
区分

支出

収入

予算額（円）

費目

決算額（円）
315,144319,53603,992,728
4,627,408
4,600,000
27,40804,627,408

0
3,004,000
01,596,000
4,600,000
4,600,000
004,600,000

設備備品費
消耗品費
人件費
その他の経費
合計
委託費の額
自己調達額
その他
合計

委託費の充当額（円）315,144
292,128
03,992,728
4,600,000

備考

２．決算費目別内訳(Ａ)支出
ａ 設備備品費
品名
Macbook仕様

数量

Pro Retina 13'CTO

1単価（円）
315,144

計ｂ 消耗品費
品名
充電器
書籍
書籍書籍ＨＤＤ
温度計
キーボード
ディスプレイ
ソフトウエア
書籍
書籍
アダプター

金額(円）
315,144

発注
年月日
2016/3/17

引取年月日
2016/3/17

支払年月日
2016/4/25

備考

315,144仕様
JW-A7BU-IZO7他「量子工学 朝倉物性物理シリーズ」「固体物性－基礎からデバイスまで」「Optical Properties of Solids」他
HD-LCU3-D
Ｃ１００／３０１５ＳApple iPadPro Smart Keyboard（US）
ＥＩＺＯ ＥＶ２４５５－ＢＫ－ＵＮ
ＫａｌｅｉｄａＧｒａｐｈ ４．５ Ｍａｃ「Determination of AtmosphericParameters」「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ａｓｔｒｏｎｏ
Ａｐｐｌｅ Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ ｔｏ Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ａｄａｐｔｅｒ

可変濃度フィルター移Ｕ１／４他
動ステージ他
計数量3413110111単価 (円） 金額 (円）1,483.34,4505,710.3
22,841
3,132
3,132
9,051.7
27,155
12,722
12,722
3,888
38,88021,384
21,38449,80049,80036,50436,504

支払年月日
2015/9/25
2015/12/25
2016/1/25
2016/1/25
2016/2/25
2016/4/25
2016/4/25
2016/4/25
2016/4/25

備考

110,875

10,875

2016/4/25

18,5798,579

2016/4/25

13,7803,780

2016/4/25

6

13,23979,434

2016/4/25

自己負担27,408円

支払年月日

備考

319,536

ｃ 人件費
種別
該当なし
計

摘要

金額(円）

ｄ その他の経費
種別
役務
役務
旅費
旅費
旅費

摘要
Ｇｅ製イマージョン回折格子のＡ
Ｒコーティングの検討
ＩＧ回折効率の理論計算および最適化
木曽観測所（上松宿舎）利用料金（平成２７年７月１３日－７月１４日）小林 尚人
木曽観測所利用料金（平成２７年７月２８日－７月２９日）小林
木曽観測所利用料金（平成２７年８月８日－８月１０日）小林 尚

単価
（円）

金額
(円）

発注
年月日

引取
年月日

支払
年月日

1

2,496,960

2,496,960

2015/9/7

2016/2/29

2016/3/25

1855,360

855,360 2016/2/29

2016/3/14

2016/4/25

11,0501,050

2015/8/1

2015/8/1

1

4,900

4,900

2015/8/1

2015/8/1

1

1,800

1,800

2015/8/10 2015/8/10

数量

備考

旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費
旅費

木曽観測所（上松宿舎）利用料
金（平成２７年８月７日－８月１０日）小林 尚人
木曽観測所利用料金（平成２７年８月１４日－８月２７日）小林小林 尚人 ２７／０７／０８－２
７／０７／１４ 京都産業大学、上松町公民館
小林 尚人 ２７／０７／２８－２
７／０７／２９ 木曽観測所（木曽町）
木曽観測所利用料金（平成２７年８月２９日－９月２日）小林 尚
小林 尚人 ２７／０８／０５－２
７／０８／１０ 京都産業大学（京都市）
小林 尚人 ２７／０８／１４－２
７／０８／２７ 木曽観測所（木曽町）
小林 尚人 ２７／０８／２９－２
７／０９／０２ 木曽観測所（木曽町）
小林 尚人 ２７／０９／２８－２
７／１０／０３ 木曽観測所（木曽町）
猿楽 祐樹 ２７／１２／２１－２
７／１２／２２ 国立天文台（三木曽観測所利用料金（平成２８年１月２５日－１月２６日）小林
木曽観測所利用料金（平成２８年２月１３日－２月１５日）理学系研究科天文センター 小林 尚
木曽観測所利用料金（平成２８年２月２３日－２月２４日）小林小林 尚人 ２８／０１／２５－２
８／０１／２６ 木曽観測所（木曽町）
猿楽 祐樹 ２８／０３／０３－２
８／０３／０４ 東京大学 天文学教育研究センター
旅費 航空賃・宿泊料業者払い
小林 尚人 ３／１７－２９ アメ
リカ・チリ分
猿楽 祐樹 ２８／０３／１４－２
８／０３／１８ 京都産業大学（京都市）
小林 尚人 ２８／０２／１３－２
８／０２／１５ 木曽観測所（木曽町）
高橋 晴香 ２８／０３／０７－２
８／０３／１１ 京都産業大学（京都市）
小林 尚人 ２８／０２／２３－２
８／０２／２４ 木曽観測所（木曽町）

13,1503,150

2015/8/10

2015/8/10123,100

23,1002015/8/27

2015/8/27

144,500

44,5002015/8/31

2015/8/26

115,660

15,6602015/8/31

2015/8/26

18,5008,500

2015/9/2

2015/9/2

137,400

37,4002015/9/30

2015/9/25

115,660

15,6602015/9/30

2015/9/18

115,260

15,2602015/10/30

2015/10/2

1

33,02033,0202015/11/30 2015/11/18

1

28,46028,4602015/12/28

2015/1/29

1

2,900

2,900

2016/1/29

2016/1/29

1

2,700

2,700

2016/2/1

2016/2/1

1

2,300

2,300

2016/2/15

2016/2/15

114,860

14,8602016/2/24

2016/3/14

126,160

26,1602016/3/11

2016/2/29

1149,312

149,3122016/3/18

2016/4/6

172,420

72,4202016/3/29

2016/3/9

115,060

15,0602016/3/31

2016/4/4

181,740

81,7402016/3/31

2016/4/4

114,860

14,8602016/3/31

2016/4/4

旅費

小林尚人 3/17-3/18（アメリカ）

1

13,34013,3402016/3/31

2016/4/12

消費税

不課税・非課税に係る消費税相当額の計上（平成２７年3月分）

1

12,296

12,296

2016/3/31

2016/3/31

計

不課税額
144,002円

不課税額
9,700円

3,992,728

(Ｂ)収入
種別
研究費の額
自己調達額
その他
計

摘要

金額 (円）

国立天文台からの振込（注）委託業務の実施に際し、収入を得た場合や取引相手先からの納入遅延金が発生した場合には、収入の欄におけるその他に計上すること。

備考
4,600,000
27,40804,627,408