フェムト秒電子ビームとテラヘルツ波メタマテリアルを用いた逆チェレンコフ放射の研究

• Project Area: Electromagnetic Metamaterials
• Project/Area Number: 23109507
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 菅 晃一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60553302)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2012: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2011: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 応用光学・量子光工 / 量子ビーム

Outline of Annual Research Achievements

電子ビームのメタ表面（メタマテリアル表面）におけるスミス・パーセル効果を利用した逆チェレンコフ放射の研究を行った。これまでに、単純な周期構造である金属回折格におけるスミス・パーセル効果による多方向テラヘルツ波発生を行ってきたが、今年度は、金属回折格子をメタ表面に拡張し研究を行った。その結果、メタ表面においてもスミス・パーセル放射が可能であることを明らかにした。
・Vアンテナを用いたメタ表面
アルミが蒸着された石英板にフォトリソグラフィーによるエッチングを行い、薄い金属層である8種類のVアンテナ（周期長：1.5 mm）から構成されるメタ表面を製作した。アンテナ近傍に電子ビーム（エネルギー：~30 MeV）を通過させた結果、テラヘルツ波強度・周波数はアンテナに対する電子ビームの通過方向・電子ビームに対する放射方向に依存する異方性が明らかとなり、例えば放射角が65°のとき0.4 THzにピークを持つ単色テラヘルツ波が観測された。
・直線アンテナを用いたメタ表面
電磁波の共振によるテラヘルツ波伝搬方向を制御することを目指して、薄い金属層である3種類の直線アンテナ（周期長：1.6 mm）から構成されるメタ表面を製作した。この場合もテラヘルツ波強度・周波数はアンテナに対する電子ビームの通過方向・電子ビームに対する放射方向に依存する異方性が観測された。放射角が60°の時、アンテナの向きを反対にすると、0.4 THz単色もしくは1.3 THz多モードテラヘルツ波の発生に成功した。メタ表面におけるスミス・パーセル放射を観測し、チェレンコフ放射の放射角制御の可能性が明らかとなった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of double-decker pulse radiolysis (2012)
  • Author(s): K. Kan, T. Kondoh, J. Yang, A. Ogata, K. Norizawa, Y. Yoshida
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum Volume: 83 Issue: 7 Pages: 73302-73302
  • DOI: 10.1063/1.4731652
  • NAID: 130005051306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] フェムト秒電子バンチによる不純物半導体管からの高強度準単色テラヘルツ放射 (2012)
  • Author(s): 小方厚, 菅晃一
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 88 Pages: 599-602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] スミス・パーセル効果を用いた多方向テラヘルツ波発生の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 小方厚
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 88 Pages: 603-607
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Femtosecond Photocathode RF Gun (2011)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, T. Kondoh, Y. Yoshida
  • Journal Title: Nucl. Instr. Meth. A Volume: 659 Issue: 1 Pages: 44-48
  • DOI: 10.1016/j.nima.2011.08.016
  • NAID: 130007031276
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proposal for Generation of High-intensity Monochromatic Cherenkov Radiation in THz Range by Femtosecond Electron Bunches in Impurity-doped semiconductor tube (2011)
  • Author(s): K.Kan, J.Yang, K.Norizawa, T.Kondoh, Y.Yoshida, A.Ogata
  • Journal Title: Radiat.Phys.Chem. Volume: 80 Issue: 12 Pages: 1323-1326
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2011.07.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multimode terahertz-wave generation using coherent Cherenkov radiation (2011)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, K. Norizawa, Y. Yoshida
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett Volume: 99 Issue: 23 Pages: 231503-231503
  • DOI: 10.1063/1.3666043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond pulse radiolysis and femtosecond electron diffraction (2011)
  • Author(s): J. Yang, K. Kan, T. Kondo, Y. Yoshida, K. Tanimura J, Urakawa
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Method A Volume: 637 Issue: 1 Pages: S24-S29
  • DOI: 10.1016/j.nima.2010.02.014
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多モードテラヘルツ波を用いた電子ビーム加速の研究 (2013)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 野澤一太, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: 日本原子力学会 2013春の年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] ナノ加工によるテラヘルツデバイス製作・評価 (2013)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 榊原昇一, 野澤一太, 樋川智洋, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: ナノテック2013
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト
  • Year and Date: 2013-01-30
• [Presentation] Generation of THz-wave using ultrashort electron beam (2013)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, I. Nozawa, T. Toigawa, K. Norizawa, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
  • Organizer: 16th SANKEN International Symposium and 11th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Osaka University
  • Year and Date: 2013-01-22
• [Presentation] メタマテリアルにおけるスミス・パーセル効果およびラジアル偏光テラヘルツ波発生に関する研究 (2013)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 榊原昇一, 野澤一太, 樋川智洋, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: 第10回高輝度・高周波電子銃研究会
  • Place of Presentation: SPring-8
  • Year and Date: 2013-01-10
• [Presentation] Terahertz-wave Generation Using Metamaterial and Femtosecond Electron Beam (2012)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, K. Norizawa, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
  • Organizer: 8th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • Place of Presentation: Osaka University
  • Year and Date: 2012-12-10
• [Presentation] Smith-Purcell Radiation Based on Femtosecond Electron Beam (2012)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, T. Toigawa, K. Norizawa, H. Kobayashi, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
  • Organizer: International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT2012)
  • Place of Presentation: Todaiji Culture Center
  • Year and Date: 2012-11-26
• [Presentation] THz-wave generation using femtosecond electron beam (2012)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, K. Norizawa, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
  • Organizer: 3rd World Class Institute Symposium (WCI-Symposium 2012)
  • Place of Presentation: KIST, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2012-11-14
  • Invited
• [Presentation] Terahertz-wave generation using metamaterial and femtosecond electron bunch (2012)
  • Author(s): K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, K. Norizawa, Y. Yoshida, M. Hangyo, R. Kuroda, H. Toyokawa
  • Organizer: 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2012)
  • Place of Presentation: Wollongong, Australia
  • Year and Date: 2012-09-23
• [Presentation] フェムト秒電子ビームによるスミス・パーセル効果の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] 誘電体管コヒーレントチェレンコフ放射によるビーム診断の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 樋川智洋, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: 第9回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2012-08-08
• [Presentation] Inverse Cherenkov Radiation based on Smith-Purcell Effect (2012)
  • Author(s): K. Kan, T. Kondoh, K. Norizawa, A. Ogata, J. Yang, Y. Yoshida, M. Hangyo
  • Organizer: International Particle Accelerator Conference (IPAC'12)
  • Place of Presentation: New Orleans, USA
  • Year and Date: 2012-05-20
• [Presentation] コヒーレントチェレンコフ放射を用いた多モードTHz発生の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 吉田陽一
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 超短パルス電子ビームを用いたコヒーレントチェレンコフ放射の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 吉田陽一
  • Organizer: 日本原子力学会「2012年春の年会」
  • Place of Presentation: 福井大学
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] スミス・パーセル効果を利用したテラヘルツ波発生の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] スミス・パーセル効果を用いた逆チェレンコフ放射の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲
  • Organizer: 「電子ビームを用いたミリ波・テラヘルツ波源の開発と応用」研究・報告会
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所
  • Year and Date: 2012-01-25
• [Presentation] Multimode Terahertz-wave Generation Using Femtosecond Electron Beam (2012)
  • Author(s): K.Kan, J.Yang, A.Ogata, T.Kondoh, K.Norizawa, Y.Yoshida
  • Organizer: The 15th SANKEN International Symposium and The 10th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] コヒーレントチェレンコフ放射による多モードテラヘルツ波発生の研究 (2012)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 樋川智洋, 李亮, 法澤公寛, 小林仁, 吉田陽一, 萩行正憲, 黒田隆之助, 豊川弘之
  • Organizer: レーザー・加速器を用いた量子ビーム利用研究
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] Coherent Cherenkov Radiation for Quasi-monochromatic Terahertz Probe Light for Nano-scale Information (2011)
  • Author(s): K.Kan, J.Yang, A.Ogata, T.Kondoh, K.Norizawa, Y.Yoshida
  • Organizer: 7th Handai Nanoscience and Nanotechnolpgy Intemational Symposium
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] 等価速度分光法のための電子ビームの縦・横方向分布変調の研究 (2011)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小林仁, 近藤孝文, 法澤公寛, 小方厚, 吉田陽一
  • Organizer: 第54回放射線化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学産業科学研究所
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] パルスラジオリシスのための縦・横方向電子ビーム分布変調の研究 (2011)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 近藤孝文, 法澤公寛, 古澤孝弘, 小方厚, 吉田陽一
  • Organizer: 日本原子力学会「2011年秋の大会」
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Generation of Multimode Quasi-monochromatic Terahertz (2011)
  • Author(s): K.Kan, J.Yang, A.Ogata, T.Kondoh, K.Norizawa, Y.Yoshida
  • Organizer: 2nd International Particle Accelerator Conference
  • Place of Presentation: San Sebastian, Spain
  • Year and Date: 2011-09-06
• [Presentation] コヒーレントチェレンコフ放射を用いた電子ビームパルス幅測定の研究 (2011)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 小方厚, 近藤孝文, 法澤公寛, 吉田陽一
  • Organizer: 第8回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2011-08-02
• [Presentation] 電子ビームの縦・横方向分布変調の研究 (2011)
  • Author(s): 菅晃一, 楊金峰, 近藤孝文, 法澤公寛, 小方厚, 吉田陽一
  • Organizer: 第8回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2011-08-02
• [Presentation] Bunch Length Measurement Using Coherent Cherenkov Radiation (2011)
  • Author(s): K.Kan, J.Yang, A.Ogata, T.Kondoh, K.Norizawa, Y.Yoshida
  • Organizer: DIPAC2011
  • Place of Presentation: Hamburg, Germany
  • Year and Date: 2011-05-17
• [Book] レーザーとプラズマと粒子ビーム (2012)
  • Author(s): 小方厚, 菅晃一, 楊金峰
  • Total Pages: 308
  • Publisher: 大阪大学出版会
• [Book] レーザーとプラズマと粒子ビーム (2012)
  • Author(s): 小方厚、菅晃一、楊金峰
  • Publisher: 大阪大学出版会