近赤外線面分光ユニット
SWIMS-IFUの開発
2020/12/2 @可視赤外線観測装置技術WS
櫛引洸佑 (東大天文専攻D1)
細畠拓也、竹田真宏、山形豊 (理化学研究所)、
森田晋也 (東京電機大学)、
本原顕太郎、尾崎忍夫、都築俊宏 (国立天文台)、高橋英則、小西真広 (東京大学)

近赤外線面分光の重要性と難点
1. 強いダスト減光を持つ天体 (e.g. Starburst galaxies, Star-forming region)

2. 高赤方偏移天体 (e.g. Hα(656.3nm) for z~0.5-2.8)

既存面分光装置の問題点⚫ 狭い視野 (多くがAO使用)⚫ VLT/SINFONI 8x8 arcsec2で最大⚫ 近傍の広がった天体や広範囲観測には不向き

VLT/SINFONI
8’’⚫ 狭い波長帯域⚫ 近赤外線の1もしくは2バンド程度 (e.g. J, H, K, HK)8’’⚫ 近赤外線に存在する複数の輝線を観測するには不十分
Pan-STARRS, y-band image⚫ Paschen series: Paα 1.875µm, Paβ 1.281µm, Paγ 1.093µm
NGC3110 (z~0.017)⚫ Bracket series: Brγ 2.165µm, Brδ 1.945µm⚫ Others: HeI 1.08, 1.87, 2.06µm, [FeII] 1.26, 1.64µm, H2 1.96, 2.03, 2.06µm→ 広視野、広波長帯域の近赤外線面分光は未だ切り開かれていないパラメータースペース

SWIMS-IFU for SWIMSSWIMS⚫ TAO 6.5m望遠鏡用の近赤外線撮像分光装置⚫ 一度の露光で0.9-2.5µm全体のスペクトルを取得できるスリット多天体分光⚫ 撮像&分光機能は21A-22Bの期間、すばる望遠鏡でPI装置として共同利用

SWIMS-IFU for SWIMSSWIMS⚫ TAO 6.5m望遠鏡用の近赤外線撮像分光装置⚫ 一度の露光で0.9-2.5µm全体のスペクトルを取得できるスリット多天体分光⚫ 撮像&分光機能は21A-22Bの期間、すばる望遠鏡でPI装置として共同利用
SWIMS-IFUのコンセプト

SWIMSの光学系を変えることなしに、焦点面に導入するだけで面分光装置へ切り替える光学ユニット
スリットマスクと同様に保管し、ロボットアームで焦点面に導入する

ここにIFUを!!

SWIMS-IFU仕様
イメージスライサーIFU⚫ SWIMSの一度の分光観測での広い波長帯域⚫ スライス幅をシーイングサイズに最適化し、広視野

TAO (6.5m)

Subaru (8.2m)

波長0.9-1.45µm (Blue) & 1.45-2.5µm (Red)

波長分解能R

1000-1500 (Blue) & 800-1400 (Red)視野16”.6 x 12”.813.5” x 4”.8

ピクセルスケール

0”.126 pix-10”.095 pix-1

スライス幅0”.50”.4スライス数

26 (ch-13~-1, +1~+13)12 (ch-6~-1, +1~+6)

IFU Throughput> 70%

Image quality< 0.4“SWIMS-IFU仕様
イメージスライサーIFUSWIMS-IFU@TAO
SINFONI⚫ SWIMSの一度の分光観測での広い波長帯域⚫ スライス幅をシーイングサイズに最適化し、広視野

TAO (6.5m)
波長波長分解能R

Subaru (8.2m)

0.9-1.45µm (Blue) & 1.45-2.5µm Pan-STARRS,(Red)y-band image
1000-1500 (Blue) & 800-1400 (Red)

NGC3110 (z~0.017)

視野16”.6 x 12”.813.5” x 4”.8

ピクセルスケール

0”.126 pix-10”.095 pix-1

スライス幅0”.50”.4

スライス数

26 (ch-13~-1, +1~+13)12 (ch-6~-1, +1~+6)

IFU Throughput> 70%

Image quality< 0.4“光学系
Pre-optics (PO0-PO2) : 光をIFU内へ導き、望遠鏡焦点面像を適切なサイズに拡大

Slice-mirror array (S1)
⚫ 26の短冊状(18mm x 0.52mm)平面鏡⚫ 上から下へCh +13~+1, Ch -1~-13
Pupil-mirror array (S2)
⚫ 中心部分12チェンネルは球面、外側14チャンネルは軸外し楕円面
Slit-mirror array (S3)
⚫ 26の球面鏡

From Telescope
PO0PO1PO2

S1: Slice-mirror array

S3: Slit-mirror array

S2: Pupil-mirror array

To SWIMS

機械系
170 x 220 x 54 mm3に収まるサイズ → MOSU内に保管可能

アルミニウムのみで製作 (PO1レンズ除く) → 冷却下での使用
複数鏡面の一体加工⚫ PO0+S1⚫ S2⚫ S3→ 位置較正負担を軽減

From Telescope
PO1PO0+S1

超精密切削加工により54mm S3
高精度な一体加工を実現(理化学研究所
先端光学素子開発チームとの共同開発)
170mm

PO2
S2220mm

超精密切削加工
nmオーダーの制御精度をもつ加工機による加工⚫ ミラー間の相対鏡面位置精度 ~ µmオーダー⚫ 面粗さや面形状などの面精度を高精度に達成⚫ 組み上げの際の参照面も同時に製作

2020/12/2 瞳ミラーアレイ最終加工 粗削り

2019/10 瞳ミラーアレイ試験加工仕上げ

開発の現状PO0+S1: Slice-mirror array
準備中。2021年1月より加工開始予定

PO1
設計がほぼ完了
まもなく製作(超精密加工ではない)

PO2
最善の加工手法を検討中
S3: Slit-mirror array
完成(2019/2-3)
S2: Pupil-mirror array試験加工完了(2019/10-11)
最終加工が現在進行中(2020年内完了)

S3: Slit-mirror array
鏡面精度(ch+1とch-1の中点を原点とする)

設計相対位置からのズレ[µm]

面粗さ、面形状共に要求を満たす精度を達成
Average±Std

Requirement

Roughness RMS [nm]7.4±2.1< 10Shape error P-V [nm]169±32

< 300

ch-13
ch+13yミラー間相対位置精度< 10µm程度の精度で完成 (測定機の精度は数µm程度)
最終的には光学試験で確認する必要あり+20xzx direction

y direction

z direction

chchch0-20

今後の計画
超精密加工⚫ S2: Pupil-mirror array →まさに今進行中！年内終了予定⚫ PO0+S1: Slice-mirror array → 2021年1月開始予定⚫ PO2 → PO0+S1完了後開始予定
組み上げ⚫ ベースプレートとPO1レンズの製作⚫ PO0+S1, S2, S3の部分組み上げ試験
PO1⚫ 全ての要素の組み上げは2021年4-7月頃に完了予定

PO0+S1

性能評価とSWIMSへのインストール

S3
PO2⚫ 2021年内に実験室での性能評価⚫ 2022年1月以降のSWIMS@Subaruへのインストールを目指す

S2