野辺山45m鏡超伝導電波カメラの開発
新田冬夢（宇宙観測研究室）

Pranshu Mandal (D2), 村山洋佑、翟光遠(D1),
小野雄太, 石田智大, 鈴木隆司, 樋川遼太朗 (M1)

10mカメラ：クライオスタット✴ 光学ー構造設計• 1°の視野を７モジュールに分割• 直径1 mのF/6焦点の先に配置• GM冷凍機+dilutionで0.1 Kまで冷却• Siレンズ２枚を用いたシンプルな冷却光学系
8.3 Design of 850 GHz-bands Camera

1• 3000 pixels × 7モジュール = ~ 20000 pixelsが目標

4 K Si Lens
1 K Si Lens
(dia. = 400 mm) (dia. = 110 mm)

レンズアレイ副鏡
FoV : 10.65m

1.3THztelescopefocus@F/60.4THz

0.85THz 

ホーンアレイFigure 8.8: A module design of 850-GHz band camera. (Left) Green part showed t
1.3THzsiliconsubstrate, and the bottom space is used for the carbon based absorber. (RigThe camera module with the 2977 pixel silicon lens array and the springs for fixing t
camera module and the lens array.

1.4m

0.85THz

0.4THz主鏡

望遠鏡焦点 (F/6)(dia. 1m)

dB. These parameters were summarized in chapter 5, Fig. 5.1.

1.3THzThe optimized parameters of the extension thickness, the gap height and the lediameter were L/R = 0.34, H/R = 0.604 and D = 2.4λ (λ = 353 µm; the wavelength

・ 7モジュール
HDPE window
図 2: 37 個のホーンが並んだホーンアレ
Figure 8.7 shows the simulated
beam patterns →of integrated
silicon lens arr
cold baffle~ 20000素子(dia. = diameter.
340 mm)850 GHz), respectively. In this simulation, the detector spacing was equivalent to the le645m鏡搭載用電波カメラ✴ 野辺山45 m望遠鏡＋ミリ波カメラ
・100 GHzで視野約3分の掃天観測を実施
・国立天文台との共同研究

✴ 諸元
観測周波数

100 GHz band

視野〜 3 arcmin

ビームサイズ＠100 GHz〜 16 arcsec

超伝導検出器Microwave Kinetic Inductance Detector

冷却光学系

シリコンレンズを用いた屈折式光学系

素子数〜100素子

動作温度< 200 mKMr

gh-z

100-GHzosrszz>3r

遠方銀河探査NEFD < 30srr

nlr

NEFDr

minimum<100)

NEFD goal <30 mJy/sq(s)r 1✴ 「あかり」による北の極域領域(NEP)の高感度観測

m<1.7 mJym

goal

<0.5 mJyNOBA

sr150GHz・あかりサーベイ (1 deg2@60-160μm, 0.38 deg2@2.5-24μm)
×no
1 mJy
（Matsuhara, et al. 2006; Wada, et al. 2008）
srso(a)sr

L1013 Lozz>10− 約 7000 天体を検出：可視光、近赤外、低周波電波などで追観測
lr(c)− 星を除く約6000天体は銀河候補天体と考えられている

No. S2]

AKARI/IRC NEP Deep Survey

3.2um

7um

15um

24um

S523

L = ~ 1012 L⚪

example of detected sources by AKARI (Wada + 2008)high-z銀河の検出には適している(Wadaet al., 2008) N3=3.16µmsFig. 5. Close up views of the AKARI/IRC for each band image. The green circles indicate the positions of detected sources. The MAGAUTO apertures(red) are superposed on each AKARI source. The blue circles indicate the apertures on blank sky positions which were used for the calculation of thedetection limit. Only N3, S7, L15, and L24 band images are shown for example.

L15=15.7µm

L24=23µm(~1013−1014 L⚪)

Hirashita

Microwave Kinetic Inductance Detector (MKID)
Day et al., Nature, 2003

✴ MKID

マイクロ波 (3 - 9GHz)・マイクロ波帯で動作する超伝導共振器
・入射光子によりクーパー対が解離

入射前

入射後

→ 力学インダクタンスが変化→ 共振周波数 (f0) が変化
超伝導ギャップエネルギー以上の光子を検出

δf

500 um(LC)1/2

f

金：超伝導体(Al)黒：シリコン基板✴ MKIDの利点・構造がシンプルなため、高い歩留まりが期待出来る・1つのアンプで1000素子程度を読み出せる → 他の超伝導検出器にはない特徴

S21 [dB]

46→
2GHz/2MHz
span〜
1000素子程度
MKID2MKID1MKID3MKID1 MKID244・ダイナミックレンジが高いためホットロードを用いて校正できる

マイクロ波MKID3424038低雑音アンプ

366.376

6.378

6.38

6.382 6.384 6.386
Frequency [GHz]

6.388

6.39

MKIDの透過スペクトル村山洋佑：修士論文, 2018

✴ダーク環境での測定例-1Sputter(Al 100nm)-2-3-4

S21[dB]-5-6-7-8-9-10-11-123.6

3.65

3.7

3.75

3.8

Frequency [GHz]

3.85

3.9

3.95

観測システム

Nagai et al., JLTP, 2018

✴ 観測システム・ 望遠鏡情報（COSMOS）、MKIDの読み出し信号、温度データ等はワークステーション上でマージ
J Low Temp Phys
・ クロック信号（1PPS& 10 MHz）とNTPで時刻同期

まとめ
1. 野辺山45m電波望遠鏡用100GHz帯カメラ- Microwave Kinetic Inductance Detectorの開発- シリコンレンズを用いた屈折式光学系- 焦点面温度は65 mKを達成- 45m望遠鏡での搭載試験

2. 南極10m望遠鏡搭載に向けた超伝導カメラの開発- 南極は水蒸気量、安定性で地上で最も優れたTHz波観測サイト- 野辺山カメラをベースにモジュール化