Research on tunable wavelength optical vortex source in high-power terahertz coherent transition radiation

高功率太赫兹相干跃迁辐射中波长可调谐光学涡旋源研究

• 批准号: 21K12539
• 负责人: 境 武志
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12539/
• 关键词: テラヘルツ波光源; 高強度コヒーレント遷移放射; 光渦; 電子リニアック; テラヘルツ帯コヒーレント遷移放射; 波長可変

本研究は、自由電子レーザー（FEL）発振やパラメトリックX線放射（PXR）発生に用いている100 MeV電子線形加速器で加速された短バンチ化された非常に質の良い電子ビームを薄い金属薄ターゲットに当てて発生させるテラヘルツ帯域の遷移放射を応用したテラヘルツ帯遷移放射の光渦の生成を目的としている。目標として厚さ方向を変更可能な短冊状の金属ターゲットを用いて、らせん状に配置する方法で光渦の実現を検討している。可変ターゲットの前に固定ターゲットでの特性評価のため、金属薄板において中心部のみを簡易的に加工することで、発生波長を現状の遷移放射発生系での測定結果で最も強度の出ていることが分かった0.5～1 THzに絞り、螺線形状のギャップを0.6 mm～1.2 mmとし、製作検討を進めた。ターゲット固定部は現状の導入部の上部に簡易的に取付け可能な構造としている。螺線形状の可変機構に関しては、0から設計製作するとコストが非常にかかることから、真空中でも使用可能な汎用のメカニカルシャッターを改良して検討を進めた。当初予定していた可変構造ではトポロジカルチャージが1の場合であったが、メカニカルシャッターの構造を参考にし、シャッター部のブレードの構造と配置からトポロジカルチャージが2または3で再検討を行う事とした。ただしビームプロファイルをテラヘルツカメラ、次数の計測を集光後のエルミートガウス光の暗線数から求める方法を予定しているため、トポロジカルチャージ数を上げた事で測定判別がし易くなると予想している。ターゲット製作に関しては進捗が遅れている状況ではあるが、施設のユーザー利用実験などのマシンタイムも利用し、各測定のためのバンドパスフィルター、テラヘルツ帯域用のレンズ、カメラの準備は整える事ができた。

在这项研究中，我们的目标是将用于自由电子激光 (FEL) 振荡和参量 X 射线辐射 (PXR) 生成的 100 MeV 电子直线加速器加速的短束、非常高质量的电子束传输到薄金属薄靶。其目的是通过将其施加到太赫兹波段而产生的太赫兹波段跃迁辐射，产生太赫兹波段跃迁辐射的光学涡旋。我们正在研究利用厚度方向可改变的条形金属靶材并将其排列成螺旋状来实现光学涡旋。为了在可变目标之前评估固定目标的特性，通过仅对薄金属板的中心部分进行简单处理，就可以确定当前跃迁辐射发生系统的测量结果中发射波长最强的发射波长我们将其缩小到我们发现的 0.5 至 1 THz，并将螺旋间隙设置为 0.6 毫米至 1.2 毫米，并继续进行制造研究。靶材固定部具有能够容易地安装于电流导入部的顶部的结构。对于螺旋状可变机构，由于从头开始设计和制造其成本非常高，因此我们通过改进即使在真空中也可以使用的通用机械快门来进行研究。原计划的可变结构是拓扑电荷为1，但参考机械快门的结构，我们根据快门叶片的结构和排列，决定重新考虑使用拓扑电荷为2或3。然而，我们计划使用太赫兹相机来测量光束轮廓，并使用聚焦后厄米高斯光中暗线数量来测量阶数的方法，因此我们预计增加拓扑电荷数会更容易来区分测量值。虽然靶材的生产进度有所延迟，但我们利用工厂内的用户使用实验的时间，准备了用于每次测量的带通滤波器、太赫兹波段透镜和相机。

项目成果

日本大学 LEBRA 共同利用施設における加速器開発とその応用利用

日本大学 LEBRA 联合设施的加速器开发及其应用

• 发表时间: 2021
• 期刊: 日本放射光学会誌
• 作者: N. Sei;H. Ogawa;Y. Hayakawa;T. Sakai;Y. Sumitomo;T. Tanaka;K. Hayakawa;K. Nogami;Y. Takahashi;T. Takahashi;清 紀弘;境 武志
• 通讯作者: 境 武志

Design and Construction of an Intense Terahertz-Wave Source based on Coherent Cherenkov Radiation Matched to Circle Plane Wave

基于相干切伦科夫辐射与圆平面波匹配的强太赫兹波源的设计与构建

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 12th International Particle Accelerator Conference
• 作者: N. Sei;H. Ogawa;K. Hayakawa;Y. Hayakawa;K. Nogami;T. Sakai;Y. Sumitomo;Y. Takahashi;T. Tanaka;T. Takahashi
• 通讯作者: T. Takahashi

高強度コヒーレントエッジ放射光源の開発及び利用研究

高强度相干边缘辐射光源的开发与利用研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 清 紀弘;小川 博嗣;早川 恭史;境 武志;住友 洋介;田中 俊成;早川 建;高橋 由美子;野上 杏子;山添 亮;木下 耀;大谷 昭仁;川島 雄介;金田 隆;全 炳俊;大垣 英明
• 通讯作者: 大垣 英明

日本大学LEBRA電子線形加速器を用いた高強度テラヘルツ光源の研究開発

利用日本大学LEBRA电子直线加速器研发高强度太赫兹光源

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
• 作者: 境 武志，清 紀弘，早川 恭史，住友 洋介，早川 建，田中 俊成，野上 杏子，髙橋 由美子，長瀬 敦

コヒーレントエッジ放射が紐とく電子バンチ形状

通过相干边缘辐射连接的电子束形状

• 发表时间: 2021
• 期刊: 加速器
• 作者: N. Sei;H. Ogawa;Y. Hayakawa;T. Sakai;Y. Sumitomo;T. Tanaka;K. Hayakawa;K. Nogami;Y. Takahashi;T. Takahashi;清 紀弘
• 通讯作者: 清 紀弘