ニオブ酸リチウムエタロンを用いた太陽近赤外狭帯域チューナブルフィルターの開発
末松芳法、伊集朝哉、篠田一也、萩野正興（国立天文台)上野悟（京都大学・飛騨天文台)イントロ●近赤外には太陽磁場・ダイナミクス観測に有用なスペクトル線He I 1083 nm 、光球精細磁場観測に有用なFe I 15649 nmがあり、これらの撮像偏光観測により、光球・彩層の3次元磁場構造の情報を得ることができる。
He I 1083 nm
・彩層上部のダイナミクス・コロナ活動現象の間接的観測 （地上で太陽面コロナ情報）
・彩層（スピキュール）磁場に感度が良い（直線偏光：ハンレ効果）
Fe I 1564.8 nm・磁場感度が高い： 光球底部の精密磁場観測●これまでのリオフィルター、ファブリ・ペロ―フィルターでは波長分解能、広視野化に難がある。
●屈折率が大きく（広視野化）、波長可変可能なニオブ酸リチウム（LiNbO3）
エタロンファブリ・ペロ―フィルターの新規開発
Φ４mESTフィルター観測装置、Φ４mDKISTの第２世代焦点面観測装置への提供●これまでオーストラリア・CSIROが提供、受注しなくなったため、新たなベンダー必要： 波長板製作に実績のある光学技研に依頼
・Flare Genesis: Ca I 612.22 nm
・IMaX on Sunrise: Fe I 525.0 nm
・PHI on Solar Orbiter: Fe I 617.3 nm
・SMART, Hida Obs. : Fe I 630.25 nm
・MAST, Udaipur Solar Obs.: Fe I 617.3 nm, Hα, (Ca II 854.2)

タンデム式LiNbO3 エタロンの設計
・狭い半値幅（FWHM）で広いフリースペクトラルレンジ（FSR）を実現
するには、厚さの異なるエタロンを並べて使う必要がある。
・厚さの比が４：３のエタロンにより、厚いエタロンのFSRの4倍広いFSRを実現（設計厚さ1.2㎜と0.9㎜）
・LiNbO3は複屈折が使えるY-cut結晶で、常光線で1083.035 nm 及び1564.85 nmの中心波長を最適化するようAiry functionの関係を用いて設計
θ= 1° 0.5°0°𝑇0
𝑇=
1 + 𝐹𝑟 𝑠𝑖𝑛2 𝛿/2Phase difference between rays:
δ = 4π𝑛 𝜆 𝑡 𝑐𝑜𝑠 θ1 ΤλThikcness of etalon:m𝜆t=2n λPeak wavelength shift due to tilt:∆λ𝜃2=- 2λ2𝑛the lithium-niobate etalon of thickness
0.9 mm.

LiNbO3 エタロンの製作
有効径70㎜で厚さ 0.9 mm 及び1.2 mm のエタロンに高反射コーティング(r>0.9)、導電性コーティング（ITO）
常光線での中心波長 1083 nm 及び1565 nm で、わずか長い波長で最適化（傾きによる波長調整、テレセンビームでの青色偏位考慮）

d𝜆 = −𝜆16𝐹2 𝑛2FWHM2=FWHM02 + (2 dλ)2Effect of F number on the transmission peak wavelength andFWHM of the lithium-niobate etalon of thickness 0.9 mm.

テレセンではエタロンの傾き波長調整不適
F/60, t=0.9 mm, 入射角θ=0°, 0.1°, 0.5°

F/240, 入射角θ=0°, 0.1°, 0.5°

F/120, 入射角θ=0°, 0.1°, 0.5°

F/540, 入射角θ=0°, 0.1°, 0.5°,1.0°

タンデム式LiNbO3 エタロン

Tilt micrometer

Tilt micrometer

Fabricated tandem etalon unit; 70 mm aperture etalons of 0.9 mm and 1.2mm thick, with protection windows and tilt mechanism.個々のLiNbO3 エタロンの特性試験
飛騨天文台ドームレス太陽望遠鏡（DST、F/54）と高分散水平分光器により、個々のエタロンの光学特性、電圧・波長変化率測定を行った。

Wavelength (nm)Parameters1083.0F-ratio: F/54
Slit width: 20 μm, height: 5 cm (3.8 cm)
Grating No. 3, 2nd order θ=37°37’
Camera XEVA-610, port 5, X300 mm
Exp.: 2 sec
Dispersion: 0.00446 nm/pixel(20 μm = 0.0012 nm)

1564.8

F-ratio: F/54
Slit width: 20 μm, height: 5 cm (3.8 cm)
Grating No. 3, 1st order θ=25°03’
Camera XEVA-610, port 5, X300 mm
Exp.: 1 sec
Dispersion: 0.0106 nm /pixel(20 μm = 0.0028 nm)

t0.9㎜ @ 1083 nm, V = - 900 ～840 V

3.8 cm-571 V

Since it turned out that the transmission profiles over the aperture are not uniform in wavelength,
we pick up the profiles near a central region of aperture.

3.8 cm

t1.2㎜ @ 1567 nm, V = - 1020 ～1020 V

LiNbO3 Etalon t=0.67 mm @1083 nm
FSR

n-ray

FWHM

e-ray

λ-shift vs. Volt: 1083 nm

t0.9mmwp1-wp0= 0.29224725 FWHM1= 0.019057919
wp3-wp2= 0.30322116 FWHM2= 0.019148629

t1.2mmwp1-wp0= 0.21930307 FWHM1= 0.015421819
wp3-wp2= 0.22811716 FWHM2= 0.016097384

λ-shift vs. Volt: 1564 nm

t0.9mmwp1-wp0= 0.64161391 FWHM1= 0.049606995
wp3-wp2= 0.61848638 FWHM2= 0.047984539

t1.2mmwp1-wp0= 0.46461795 FWHM1= 0.043041310
wp3-wp2= 0.48184790 FWHM2= 0.044271245

ブロッキングフィルター（Alluxa）

Tandem 1083 nm; 0.9 -542V+1.2 -544V
with Blocking Filter + Polarizer

Tandem 1083 nm; 0.9 -542V+1.2-544V
with Blocking Filter + Polarizer

LiNbO3 エタロン測定結果
Wavelength(nm)Thick (mm)Ray

FWHM (nm)

FSR (nm)FinesseΔλ/V(nm/kV)

1083.00.9

n0.0191(0.0167)
0.0191(0.0163)

0.292
0.292
0.303
0.303

(17.49)28.9(18.59)0.03480.0154(0.0122)0.0161(0.0126)

0.219
0.219
0.228
0.229

(17.95)28.9(18.10)0.0281e
1.2ne

1564.80.01800.0175

Tandemn0.0138(0.0102)

0.877
0.876(85.98)

0.9

n0.0480(0.0460)
0.0496(0.0474)

0.618
0.620
0.642
0.643

(13.43)26.9(13.54)0.05130.0430(0.0408)0.0443(0.0418)

0.464
0.464
0.482
0.482

(11.37)
26.9(11.53)0.03980.034 (0.0305)
0.01131.851(60.69)

1.858

164

e
1.2

ne
TandemnVendor

Kogaku Giken(red letter)

Kogaku Giken(red letter)

Kogaku Giken(red letter)

0.03300.0258The FWHM in (), the effect of broadened profiles : λ0/(8n2F2) due to F/54 beam are removed.

Kogaku Giken(red letter)

Kogaku Giken(red letter)
Kogaku Giken(red letter)飛騨天文台1階観測室光学系

ニオブ酸リチ
ウムエタロン

コリメータレンズ
偏光板
カメラレンズ

赤外カメラ

ブロッキングフィ
ルター１

ブロッキングフィ
ルター２

He I 1083 nm ±0.04 nm: プロミネンス

He I 1083 nm ±0.04 nm: 活動領域

He I 1083 nm ±0.04 nm: 静穏領域

LiNbO3 フィルター分光偏光観測
フィルター・タレット

保護ウィンドウ

温度制御
恒温槽

液晶偏光変調装置

赤外カメラ
ブロッキング・フィルター

赤外偏光板

ニオブ酸リチウ
ム・エタロン1

ニオブ酸リチウ
ム・エタロン2

狭帯域チューナブルフィルター

カメラレンズ