レーザーと電子ビームを用いたテラヘルツコヒーレント放射光の生成

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17360039
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 加藤 政博 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 教授 (30185871)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保坂 将人 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 助手 (60290897) ; 持箸 晃 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 助手 (10342635) ; 高嶋 圭史 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40303664) ; 木村 真一 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 助教授 (10252800) ; 高橋 俊晴 京都大学, 大学院・原子炉実験所, 助手 (00273532)
• Keywords: 放射光 / テラヘルツ / 加速器 / 電子ビーム / レーザー / コヒーレント / ミリ波

Research Abstract

通常の放射光の強度は、放射に寄与する個々の電子からの放射強度の単純な和となるため、電子数に比例する。しかし、これら電子が、放射する光の波長以下の空間領域に集群している場合には、個々の電子からの放射電磁場は同位相で重畳し、その強度は電子数の二乗に比例するようになる。これをコヒーレント放射光と呼ぶ。
我々は電子を波長程度に集群するのではなく、電子ビーム上に波長程度の空間スケールの密度変調を作り出し、コヒーレント放射を生成することを目指した。ピコ秒あるいはフェムト秒程度の極短パルスレーザーと電子ビームを交番磁界中で相互作用させることで電子パルスの一部に強いエネルギー変調を生成し、電子パルスが加速器中を進行することでエネルギー変調が密度変調に変換される。我々は既に加速器上で発振する自由電子レーザーにより、このような密度変調を形成しコヒーレントテラヘルツ放射光を作り出すことに成功した。この現象をより深く理解するために、TiSaレーザーを利用して同種の実験を行い、高強度のコヒーレントテラヘルツ光を作り出すことに成功した。入射するTiSaレーザーのパルス長を制御することでコヒーレント放射の波長域が変化すること、また、テラヘルツ光強度が電子パルスのピーク強度の二乗に比例することを確認できた。これは観測された大強度放射がコヒーレント放射であることの直接的な証明である。
これらの成果の一部は、平成18年1月の日本放射光学会年会では招待講演にて口頭発表し、また、現在、投稿論文にまとめているところである。