物理科学・天文学向けSWIRカメラ

補償光学

Adaptive Optics（AO）装置による波面センシングと補正により、大気乱流によって生じる画像歪みをリアルタイムで低減できます。AOシステムは、地上から宇宙の対象を観測する際の信号対雑音比と空間分解能を大きく向上させます。波面センサーは波面の高速な変動を記録し、AO制御および波面補正システムに重要な入力を提供します。SWIR波長領域での波面センシングは、ますます広く利用され、有効性も高まっています。

AO向けのFirst Light Imaging製品群には、3500 fpsで単一光子感度を備えたC-RED Oneや、600 fpsのInGaAs C-RED 2など、市場をリードするSWIRソリューションが含まれます。また、コンパクトな非冷却プラットフォームで600 fpsを実現する、費用対効果に優れたC-RED 3ソリューションも含まれます。

C-RED 2によるSWIR範囲の海王星。画像提供：SCExAO, NAOJ。

干渉計測

望遠鏡が天体を空間的に分解できる能力は、主鏡の大きさによって制限されます。干渉計測は、この制限を克服するために、小型望遠鏡のアレイで集めた光を精密に合成し、アレイ全体と同じ大きさの単一主鏡を持つ望遠鏡に相当する空間分解能（集光能力は除く）を実現する技術です。この技術は電波天文学で長い歴史を持ち、連星、惑星系、恒星表面の特徴（星斑など）を分解するため、可視および赤外観測所でも採用が進んでいます。干渉計では、アレイ全体で集めた光の位相を極めて精密に合わせる必要があり、大気乱流の影響により、非常に短い（ms）露光時間でしか実現できません。SWIR波長では大気のコヒーレンス時間がやや長くなる傾向がありますが、1回の露光で得られる光子数は依然として非常に少ない場合があります。

3500 fpsのフルフレーム読み出しと電子増倍に対応するFirst Light ImagingのC-RED Oneカメラは、最も要求の厳しいSWIR干渉計測観測に、革新的な感度と速度を提供します。

Further Reading

• A Highly Sensitive Six-telescope Interferometric Imager at the CHARA Array
• A high angular resolution K-band imager at CHARA
• Advances in Optical/Infrared Interferometry

CHARA arrayでAll-In-Oneモード運用のMIRC-X装置から取得された、6望遠鏡遅延を伴う典型的なC-RED One検出器読み出し。検出器読み出しの左側では各波長チャネルでフォトメトリが測定され、右側では干渉縞が形成されています。15本すべての基線からの干渉縞は、非冗長な空間周波数で重ね合わされています。（Setterholm et al. 2022, Proc. SPIE 12183, Optical and Infrared Interferometry and Imaging VIII, 121830Bより）

レーザービームプロファイリング

レーザービームプロファイリングは、レーザービームの空間特性を測定・解析する技術です。強度分布、形状、サイズに関する情報を提供します。用途は多岐にわたります。

• レーザー品質のモニタリング。これには、空間強度分布や時間安定性の測定が含まれます。
• レーザービームプロファイルは、レーザー物理への理解を深め、最適なビーム整形に向けてレーザーパラメータを調整するために使用できます。
• ビームの時間発展の研究。例えば、環境パラメータ（温度、風、雪など）がレーザービームの伝搬に与える影響を評価するために使用できます。

AndorのC-REDシリーズは、SWIR領域でのビームプロファイリングに向けて、高速かつ高感度な幅広いソリューションを提供します。C-RED 2 LiteとC-RED 3は、600 fpsで時間特性を調べるための費用対効果に優れたソリューションです。C-RED Oneは3500 fpsの時間分解能を提供します。

典型的なトップハット型レーザー出力分布。C-RED 3カメラで取得

ハイパースペクトルイメージング

ハイパースペクトルイメージングは、デジタルイメージングと分光を組み合わせ、従来のイメージングにスペクトル次元を加える技術です。農地、森林、鉱山の解析では成熟した手法であり、近年では製品（医薬品、プラスチック、食品など）の産業分析における重要なツールとして台頭しています。

SWIR帯域（900～2500 nm）では、ハイパースペクトルイメージングは生産管理の新たな技術として注目されています。対象物の空間特性とスペクトル特性を同時に取得できる利点により、表面の化学組成に関する有用な情報が得られます。

AndorのC-REDカメラシリーズは、SWIR波長範囲全体にわたり、ハイパースペクトル用途向けの高速かつ高感度な幅広いカメラを提供します。C-RED 2 Liteは900～1700 nm範囲に対応する温度安定化型の費用対効果に優れたソリューションであり、C-RED 2 ERは2200 nmまでカバー範囲を拡張する用途に非常に有効です。

可視カメラおよびハイパースペクトルイメージングシステム（疑似カラーディスプレイ）で撮像した混合錠剤。画像提供：First Light Imaging。

先端材料

SWIR領域での分光は、太陽電池、量子光源、ナノレーザー、光プローブ、バイオセンシング向け機能性分子（生体媒質における赤外光子のより深い侵達特性を利用）、Carbon Nanotubes、グラフェン系ナノ構造など、幅広い新規工学材料の光学特性および電子特性の評価に利用できます。

不純物・ドーピング、構造応力と欠陥、発光・吸収特性、バンドギャップ測定は、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、カソードルミネッセンス、1064 nm Ramanなど、さまざまな手法で調べることができます。

iDus InGaAs分光検出器シリーズは、1～1.7 μmまたは2.2 μmに対応する高感度・高ダイナミックレンジ検出機能を提供します。Andor Kymera/Shamrock分光器、クライオスタットソリューション、UV-NIR分光検出器と組み合わせることで、複数の分光モダリティや材料タイプを扱うセットアップに対応できる、柔軟に構成可能な実用性の高いプラットフォームを提供します。

化学

光分光は、さまざまな環境における化学種の構成、変換プロセス、挙動を調べるために利用できます。

1064 nmレーザーを用いたRaman診断は、一部の有機系化学種から生じる不要な競合自家蛍光の寄与を大幅に低減する手法として利用できます。一重項酸素分光（ピーク発光は約1,270 nm）は、光化学反応の解析に利用できます。

iDus InGaAs分光検出器シリーズは、1～1.7 μmに対応する高感度・高ダイナミックレンジ検出機能を提供します。Andor Kymera分光器、クライオスタットソリューション、UV-NIR分光検出器と組み合わせることで、複数の分光モダリティや材料タイプを扱うセットアップに対応できる、柔軟に構成可能な実用性の高いプラットフォームを提供します。