Polarization control for crossed-undulator superradiance

• Project/Area Number: 17H01070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Hama Hiroyuki 東北大学, 電子光理学研究センター, 教授 (70198795)
• 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) ; 南部 健一 東北大学, 電子光理学研究センター, 技術専門職員 (00422072)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥43,030,000 (Direct Cost: ¥33,100,000、Indirect Cost: ¥9,930,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2018: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000); Fiscal Year 2017: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
• Keywords: コヒーレント放射 / テラヘルツ光 / 電子加速器 / 交叉型アンジュレータ / 偏光操作 / 偏光制御 / 放射光 / 超放射

Outline of Final Research Achievements

The goal of this study is to establish understanding for variable polarized Terahertz (THz) radiation source. In addition to theoretical and experimental study on characteristics of polarized radiation of which is superimposed electric fields of two coherent radiations emitted from a ultra-short electron beam passing thorough the crossed undulator system, the beam dynamics under the magnetic field of the undulator system was studied. It was found out that the degree of polarization is pretty sensitive to the radiation angle, and small slippage between the radiation and the electrons that is a bit slower than the velocity of light is not negligible. Consequently a fully considered and perfected design of the guide magnetic field including the undulators is absolutely necessary for the accelerator-based variable polarized THz source to be attained.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鏡像異性体が互いに異なる性質を持つキラリティ（chirality）は自然における対称性破れの一つであり、生命科学や創薬分野で重大な事象と認識されている。また円偏光を制御した光で分子合成時のキラリティ操作が可能であり、磁場と分子のスピン－軌道角運動量相互作用によるカイラル分子の機能発現制御などが注目されている。DNAなどの生体高分子の振動や分子間相互作用の共鳴波長域であるTHz光を用いたカイラル生体高分子の識別やその円二色性（左右円偏光に対する応答の違い）から分子機能発現を調べることや、鏡像ペアのどちらかを選択的に振動励起するなど、生体高分子に関する知見の蓄積から将来の医療革新も期待できる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 国立電子今ピュタ技術研究センター/チェンマイ大学プラズマ・ビーム物理研究施設(タイ)
• [Int'l Joint Research] 国立電子コンピュータ技術研究センター（NECTEC）(タイ)
• [Journal Article] THzアンジュレータ放射の偏光スイッチング (2020)
  • Author(s): 柏木茂, 齊藤寛峻, 寺田健人, 石附勇人, 鹿又健, 柴田晃太朗, 高橋健, 長澤育郎, 南部健一, 日出富士雄, 三浦禎雄, 武藤俊哉, 山田悠樹, 山本大喜, 濱広幸, 全炳俊, 入澤明典
  • Journal Title: 日本加速器学会第17回年会プロシーディングス Volume: - Pages: 120-123
  • Open Access
• [Journal Article] Demonstration of variable polarized coherent terahertz source (2020)
  • Author(s): Shigeru Kashiwagi, Hirotoshi Saito, Fujio Hinode, Yuto Ishizuki, Ken Kanomata, Sadao Miura, Nozomu Morita, Toshiya Muto, Ikurou Nagasawa, Ken-ichi Nanbu, Koutaro Shibata, Ken Takahashi, Kento Terada, Hiroki Yamada, Hiroyuki Hama, Heishun Zen, Akinori Irizawa
  • Journal Title: Infrared Physics & Technology, 106, 103274 (2020) Volume: 106 Pages: 103274-103274
  • DOI: 10.1016/j.infrared.2020.103274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CROSSED-UNDULATOR CONFIGURATION FOR VARIABLE POLARIZED THZ SOURCE (2019)
  • Author(s): H. Saito, H. Hama, S. Kashiwagi, T. Muto, K. Nanbu, N. Morita, H. Yamada
  • Journal Title: Proc. 39th Free Electron Laser Conf. Volume: 1 Pages: 69-72
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CHARACTERISTICS OF POLARIZED COHERENT RADIATION IN THz REGION FROM A CROSSED-UNDULATOR (2019)
  • 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
  • Journal Title: Proc. 10th Int. Particle Accelerator Conf. Volume: 1 Pages: 1769-1771
  • NAID: 130008148627
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bunch Length Measurement Employing Cherenkov Radiation from a Thin Silica Aerogel (2018)
  • Author(s): K. Nanbu, Y. Saito, H. Saito, S. Kashiwagi, F. Hinode, T. Muto and H. Hama
  • Journal Title: Particles Volume: 1 Pages: 05-314
  • DOI: 10.3390/particles1010025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Study on Generation of Variable Polarized Coherent THz Radiation Using a Crossed Undulator (2018)
  • Author(s): Hirotoshi Saito, Hiroyuki Hama, Fujio Hinode, Ken Kanomata, Shigeru Kashiwagi, Sadao Miura, Toshiya Muto, Ikurou Nagasawa, Ken-ichi Nanbu, Shingo Ninomiya, Ken Takahashi
  • Journal Title: Proc. 29th Linear Accelerator Conf. (LINAC'18) Volume: - Pages: 157-159
  • NAID: 130007648555
  • Open Access
• [Journal Article] Demonstration of Coherent Radiation Generation up to 3THz from Femtosecond Electron Pulses (2017)
  • Author(s): Hiroyuki Hama, Taro Abe, Shigeru Kashiwagi, Fujio Hinode, Toshiya Muto, Ken-ichi Nanbu, Ken Takahashi, Ikuro Nagasawa, Ken Kanomata, Hidetoshi Saito and Yuki Saito
  • Journal Title: Int. J. Opt Photonics Eng. Volume: 1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Study of Cherenkov Radiation from Thin Silica Aerogel (2017)
  • Author(s): K. Nanbu, S. Kashiwagi, F. Hinode, T. Muto, I. Nagasawa, K. Takahashi, K. Kanomata, H. Saito, T. Abe, Y. Saito and H. Hama
  • Journal Title: Int. J. Opt Photonics Eng. Volume: 1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Numerical Study of Cherenkov Radiation from Thin Silica Aerogel (2017)
  • Author(s): H. Hama, K. Nanbu, H. Saito, Y. Saito
  • Journal Title: Proc. 38th Int. Free Electron Laser Conf. Volume: - Pages: 471-473
  • Open Access
• [Presentation] THzアンジュレータ放射の偏光スイッチング (2020)
  • Author(s): 柏木茂, 齊藤寛峻, 寺田健人, 石附勇人, 鹿又健, 柴田晃太朗, 高橋健, 長澤育郎, 南部健一, 日出富士雄, 三浦禎雄, 武藤俊哉, 山田悠樹, 山本大喜, 濱広幸, 全炳俊, 入澤明典
  • Organizer: 第17回日本加速器学会年会
• [Presentation] CROSSED-UNDULATOR CONFIGURATION FOR VARIABLE POLARIZED THZ SOURCE (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Hama
  • Organizer: 39th Free Electron Laser Conf., Hamburg, Germany
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CROSSED-UNDULATOR CONFIGURATION FOR VARIABLE POLARIZED THZ SOURCE (2019)
  • Author(s): Hirotoshi Saito
  • Organizer: 10th Int. Particle Accelerator Conf.,Melbourne, Australia
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 交叉型アンジュレータにおける移相器の設計と開発 (2019)
  • Author(s): 森田希望
  • Organizer: 第１６回日本加速器学会年会（京都）
• [Presentation] 交叉型アンジュレータからの THz 域コヒーレント放射の偏光特性(II) (2019)
  • Author(s): 齊藤寛峻
  • Organizer: 第１６回日本加速器学会年会（京都）
• [Presentation] Study on Generation of Variable Polarized Coherent THz Radiation Using a Crossed Undulator (2018)
  • Author(s): Hirotoshi Saito
  • Organizer: 29th Linear Accelerator Conference (Beijing)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] チェレンコフ光リングを用いた非破壊型ビームモニターの検討 (2018)
  • Author(s): 二宮 慎吾
  • Organizer: 日本加速器学会 第15回年会（長岡）
• [Presentation] 交叉型アンジュレータからのTHz域コヒーレント放射の偏光特性 (2018)
  • Author(s): 齊藤 寛峻
  • Organizer: 日本加速器学会 第15回年会（長岡）
• [Presentation] On the Tamm's problem in the Cherenkov light (2018)
  • Author(s): 濱 広幸
  • Organizer: 日本加速器学会 第15回年会（長岡）
• [Presentation] 交叉型アンジュレータを用いた偏光可変テラヘルツ超放射生成の検討 (2017)
  • Author(s): 齊藤 寛峻，柏木 茂，日出 富士雄，三浦 禎雄，西森 信行，武藤 俊哉，南部 健一，柴崎 義信，髙橋 健，長澤 育郎，鹿又 健，齊藤 悠樹，濱 広幸
  • Organizer: 日本加速器学会第14回年会（札幌）
• [Presentation] チェレンコフ放射を用いた極短電子バンチ長測定の評価 (2017)
  • Author(s): 齊藤 悠樹，柏木 茂，日出 富士雄，三浦 禎雄，西森 信行，武藤 俊哉，南部 健一，柴崎 義信，髙橋 健，長澤 育郎，鹿又 健，齊藤 寛峻，濱 広幸
  • Organizer: 日本加速器学会第14回年会（札幌）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 東北大学t-ACTSにおける極短電子ビームを用いた広帯域・狭帯域コヒーレントテラヘルツ放射発生 (2017)
  • Author(s): 柏木 茂，鹿又 健，齊藤 寛峻，齊藤 悠樹，髙橋 健，長澤 育郎，南部 健一，西森 信行，日出 富士雄，三浦 禎雄，武藤 俊哉，濱 広幸
  • Organizer: 日本加速器学会第14回年会（札幌）
• [Presentation] Numerical Study of Cherenkov Radiation from Thin Silica Aerogel (2017)
  • Author(s): H. Hama, K. Nanbu, H. Saito, Y. Saito
  • Organizer: 38th Int. Free Electron Laser Conf., (Santa Fe, NM)
• [Remarks] 加速器・ビーム物理研究部 研究紹介
  • URL: http://hayabusa1.lns.tohoku.ac.jp/research/abpg/