レーザ光による電子ビームの量子論的エネルギー変調の実験的検証

激光对电子束量子理论能量调制的实验验证

• 批准号: 14750249
• 负责人: 石川 亮
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Electro-Communications (2003)Tohoku University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750249/
• 关键词: 電子ビーム; エネルギー変調; 近接場; 逆スミス・パーセル効果

本研究は、微小間隙相互作用回路を用いた光と電子ビームとの相互作用を理論及び実験的に明らかにし、光領域で動作する新たな小型電子ビーム装置開発のための基本特性を得ることを目的としている。本年度は、先ず、波長1ミクロン帯の実験に用いる微小間隙相互作用回路の製作を行った。電子ビームガイド用の溝をシリコンの異方性エッチングにより形成し、集束イオンビームを用いてシリコン表面上に幅1ミクロン以下の微小間隙を作製した。また、電子ビーム、レーザ光、微小間隙回路のアライメントを真空中で行うための高精度マニピュレータを設計し、製作した。一方、FDTD法を用いた間隙上の電磁界解析、及び電子ビームとのエネルギー授受の理論解析を推し進め、間隙を多段化した場合に、僅か数本程度で周期構造として電磁界分布の解析を簡略化することが可能であることが確認された。(5本で一次ピーク値の誤差が5%程度)また、スリット溝、スロット溝、V溝、矩形溝、等々の種々の形状について幅や溝深さを変化させて解析を行い、矩形溝を用いた場合に他と比較して倍程度のエネルギー授受が得られることが確認された。以上の解析結果を基に、矩形の回折格子を作製し、波長10.6ミクロンの炭酸ガスレーザを用いて相互作用実験(逆スミス・パーセル効果)を行い、場との同期条件を満たす電子速度で現れる3次までのエネルギー授受量のピークを実験的に確認した。これは現段階における最短波長での逆スミス・パーセル効果の実験結果である。

本研究旨在利用微间隙相互作用电路从理论上和实验上阐明光与电子束之间的相互作用，并获得开发在光学领域工作的新型紧凑电子束器件的基本特性。今年，我们首先制造了一个微间隙相互作用电路，用于1微米波段的实验。通过对硅进行各向异性蚀刻形成电子束导向槽，并使用聚焦离子束在硅表面形成宽度小于1微米的微间隙。我们还设计和制造了高精度机械手，用于在真空中对准电子束、激光束和微间隙电路。另一方面，我们正在利用FDTD方法对间隙进行电磁场分析以及与电子束能量交换的理论分析，当间隙做成多级时，可以简化分析通过创建仅由几块组成的周期性结构来转换电磁场分布已被证实是可能的。 （5个槽的一次峰值的误差约为5%。）我们还通过改变宽度和槽深度对狭缝槽、槽槽、V形槽、矩形槽等各种形状进行了分析，确认了这一点。使用时，与其他方法相比，可以提供和接收两倍的能量。根据上述分析结果，我们制作了矩形衍射光栅，并使用波长为10.6微米的二氧化碳激光进行了相互作用实验（逆史密斯-珀塞尔效应），达到了传输和接收的能量峰值。下次再进行实验确认。这是现阶段最短波长下逆史密斯-珀塞尔效应的实验结果。

项目成果

Jongsuck Bae(共著): "Interaction between nonrelativistic electrons and optical evanescent waves In : Nanoelectrodynamics"edited by H.Nejo(Series of NanoScience and Technology, Springer-Verlag). 22(121-142) (2003)

Jongsuck Bae（合著者）：H.Nejo 编辑的“非相对论电子与光学倏逝波之间的相互作用：纳米电动力学”（纳米科学与技术系列，Springer-Verlag）22（121-142）（2003）。

石川亮: "多段微小間隙回路を用いた近接場と電子ビームとの相互作用に関する研究"第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No3. 28a-Q-2 (2003)

Ryo Ishikawa：“利用多级微间隙电路研究近场与电子束的相互作用”第50届应用物理学会会议论文集第3.28a-Q-2号（2003年）。

Ryo ISHIKAWA: "Experimental Verification of the Theory on Energy Modulation of an Electron Beam with an Optical Near-Field"IEICE TRANS. ELECTRON. E85-C・12. 2086-2092 (2002)

石川亮：“光学近场电子束能量调制理论的实验验证”IEICE TRANS。2086-2092。