2019 Fiscal Year Annual Research Report
Polarization control for crossed-undulator superradiance
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17H01070
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
濱 広幸 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (70198795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武藤 俊哉 東北大学, 電子光理学研究センター, 助教 (10431496)
日出 富士雄 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60292207)
柏木 茂 東北大学, 電子光理学研究センター, 准教授 (60329133)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コヒーレント放射 / 偏光操作 / 電子加速器 / 交叉型アンジュレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、偏光を瞬時で変えることができる電子加速器をベースにしたTHz光源の開発を目指すものである。２つのプラナー型アンジュレータを用いた垂直と水平の2方向に電子ビームを蛇行させる交叉型アンジュレータと呼ぶシステムを構築し、100フェムト秒（長さにして30μm）の短パルス電子ビームがアンジュレータを通過して放出する周波数が1~4THzのコヒーレントな超放射を重畳することで、高速で偏光操作を行うことの実証が最終目標である。電子ビームはアンジュレータ放射に対して１周期で１波長分の時間的な遅れが生じるスリッページ効果があるが、これを補正しながら重畳タイミングを操作するフェーズシフターを２つのアンジュレータが挟み込む構成になる。
平成30年度までに開 発・整備した数値シミュレーションコードを用いて、理論的にどの程度の偏光度を得られるか検討した。また令和元年度までに交叉型アンジュレータの製作を終了し、メカニカルに位相制御を行うファーズシフターにおける電磁石の配列を、ビームダイナミクスを精密に行って設計した。偏光特性について数値シミュレーションによって、ストークスパラメータを用いた理解を深めてきた。実際に短パルス電子ビームを用いてアンジュレータの放射特性を調べた。放射の波長スペクトルや空間分布は概ね予想と一致していた。しかしながら電子ビーム特性は、電子加速器のチューニングに大きく依存し、再現性が乏しいというやや想定外の事象が露わになった。これは電子ビームが完全に光速に至っていないため、自由空間においても非常に僅かな縦方向位相空間分布の変化があることが原因であると実験的に結論を得た。原因・理由が明らかになったため、電子ビームの位相空間制御を理論的に考案する作業を進めた。その結果、実際に加速器のチューニング手法を確立することができ、研究期間最終年度の偏光操作実証実験の目処が立った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交叉型アンジュレータシステムの構築が順調に進んでおり、またアンジュレータ放射の特性の把握および長短パルス電子ビームを再現性よく発生させる加速器のチューニング手法も確立できている。アンジュレータから超放射の重畳において光の位相を制御するフェーズシフターの設計は終わり、すでにハードウエアの一部も製作済みである。現時点において、最終目標とする偏光操作の実証実験への準備は概ね順調に進んでいると結論できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は以下のように進める。１）光位相制御のために実際には電子ビームのタイミングを調整するフェーズシフターを早期に完成させる。すでに一部を製作済みであり、残りのハードウエアの製作を急ぎ、年度後期にはインストールを開始する。２）フェーズシフターの性能と特性把握をインストール後直ちに推進する。フェースシフターにおけるビームダイナミクスを検証し、また放射を多体系シミュレーション計算で確認するなどの最終準備を進める。３）２）の実験的理論的結論を具に点検し、問題点を洗い出す。４）超放射重畳による偏光操作の実証実験を年度後半に実施する。
本年度が研究最終年度であるが、実証実験結果が不満足に終えることも考えられるが、研究課題の発展性も考慮して、できる限り研究継続体制を維持する。
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[Journal Article] CHARACTERISTICS OF POLARIZED COHERENT RADIATION IN THz REGION FROM A CROSSED-UNDULATOR2019
Author(s)
H. Saito, S. Kashiwagi, F. Hinode, S. Miura, T. Muto, K. Nanbu, I. Nagasawa, K. Takahashi, K. Kanomata, S. Ninomiya, N. Morita, H. Yamada and H. Hama
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Journal Title
Proc. 10th Int. Particle Accelerator Conf.
Volume: 1
Pages: 1769-1771
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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