微小電子ビーム陰極を用いた小型遠赤外チェレンコフFELの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360195
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka Sangyo University
• Principal Investigator: 綱脇 惠章 大阪産業大学, 工学部, 教授 (90030056)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅川 誠 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30280704) ; 山本 幸男 大阪産業大学, 工学部, 教授 (80093475) ; 草場 光博 大阪産業大学, 工学部, 助教授 (70268283)
• Keywords: free electron laser / Cherenkov / electrom beam / micro-emitter / carbon nanotube / far-infared

Research Abstract

遠赤外線は光と電波の境界に位置する電磁波であり、THz光としても注目され、いろいろな発生技術や応用研究がなされつつある。自由電子レーザー(FEL)も有力なTHz光発生装置の一つである。
我々はFEL開発に向けてタングステンやカーボンナノチューブ(CNT)の電界放出陰極の研究を行って来た。特にCNTはタングステン以上に有力なFELへの陰極としての候補となりうることが分かった。また最近は電界放出電子銃アレイ(FEA)も実用化されるに至っている。本研究では、これらの優れた陰極をFEL用電子ビーム源として完成し、誘電体表面近くに電子ビームを走らせ、チェレンコフ効果による放射光を利用し、通常の実験室でも使用できるコンパクトFELについての基礎を確立することを目指す。
チェレンコフFELを実現するには、微小電子ビーム源の開発・電子ビーム収束系及び伝搬系の開発・各種誘電体の分光特性測定による複素屈折率の評価・およびその導波路の開発、などがある。今年度においてはそれらの準備を進めながら並行して各シミュレーションコードの開発あるいは整理を主として行った。CNTは通常直流アーク放電法やレーザーアブレーション法あるいはCVD法で合成されるが、CVD法で得られた剣山状CNTは高電圧下での電界放出には電流安定性・耐久性に問題がある事が分かり、その破壊過程をSEM観察を通じて詳細に調べた。また今まで殆ど報告の無い紫外レーザー(波長308nm)を用いたCNT合成を試み、どの方法よりも純度の高い単層CNT(ラマン測定より直径1.2〜1.7nmと評価)を得ることに成功した。一方、FEA(1000tip)を用いた電界放出実験では、少なくとも1mAの電流が容易に得られ、現在その安定性は10%でさらに真空度を上げるなどして改善する必要がある。電子ビーム伝搬系については、実験的にも調べると同時に、E-gunコードを用いてシミュレーション実験を進めており、できる限り早く結論を得たい。チェレンコフ放射実験では、誘電体として、現在Siを用いて行う準備を進めているが、さらに優れた材料を得るべく干渉分光法で位相情報をも得て、複素屈折率評価できるコードの開発を完了した。以上のように各部の詳細実験を進めると同時に、総合実験に向けた陰極およびチェレンコフ放射発生実験用真空容器の設計を行った。

Research Products

• [Publications] M.Kusaba: "Nano-products of Carbon Synthesized by Excimer Laser Irradiation"Digest of the 21st.Int.Conf.On Photochemistry. 481 (2003)
• [Publications] N.Ohigashi: "Development of a Small-sized Free Electron Laser"Digest of the 28th Int.Conf.on Infrared & Milli.Waves. 389-340 (2003)
• [Publications] 綱脇惠章: "二光束干渉計によるファブリー・ペローフリンジを利用した光学定数測定"大阪産業大学論集 自然科学編. 115. 39-48 (2004)