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広帯域インコヒーレント放射光の可干渉性を利用する革新的光技術の探索

研究課題

研究課題/領域番号 22K18705
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関分子科学研究所

研究代表者

加藤 政博  分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 特任教授 (30185871)

研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード放射光 / 干渉 / 光子 / 電磁波 / 波束 / アンジュレータ / 干渉計 / 電子 / 分光器 / 加速器 / コヒーレンス / イメージング
研究開始時の研究の概要

近赤外から紫外の波長領域においては、広帯域・インコヒーレントな単一光源からの光をビームスプリッタで分離することで相互に可干渉な2つの光ビームを作り出し、超高速分光、高分解能断層撮像、超高解像度顕微鏡などへ応用している例がある。本研究では、まず、放射光源から相互に可干渉な複数の光ビームを取り出すことが可能であることを実証する。波長域に強い制約を与えるビームスプリッタを用いることなく、テラヘルツ波からX線に至るあらゆる波長域で相互に可干渉な光ビームを作り出し、放射光特有の正確に制御された超高速時間構造を反映した干渉効果を活用する全く新しい放射光応用への道を切り拓くことに挑戦する。

研究実績の概要

近赤外から紫外の波長領域において、広帯域・インコヒーレントな単一光源からの光をビームスプリッタで分離することで相互に可干渉な2つの光ビームを作り出し、超高速分光、高分解能断層撮像、超高解像度顕微鏡などへ応用している例がある。本研究では、その基盤技術として、放射光源から相互に可干渉な光ビームを取り出すことに挑戦している。さらにレーザー分野などで先行して行われている可干渉性を利用する先進的な光技術を放射光分野に展開することを目指している。2022年度には、本研究の発想の基礎である放射波束の時間構造を実験的に観測することを目指し、超短パルスレーザーの分野で実績のあるSPIDER法を適用することで、アンジュレータ放射波束がフェムト秒オーダーの有限サイクル波形を有することを実証することができた。2023年度にはさらに広帯域の観測データを用いて再構成の精度の向上を目指す実験を計測した。また、2022年度までに確立したストレージリングにおける単一電子蓄積技術を用いて、2023年度には直列アンジュレータから単一電子が放射する波束の時間構造に関する良好な観測結果を、我々の知る限り世界で初めて、得ることができた。この結果は複数の学会で口頭発表等を行った他、現在、論文執筆を進めている。また、放射波束の可干渉性を利用する応用研究の原理実証実験に向けて、放射光分野ではほとんど前例がない光ファイバーを用いる実験系の構築を目指して準備を進めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

単一電子からの放射波束に関する良好なデータを得るなど、当初の想定よりも進んだ部分もあるが、限られたビームタイムのなかで、そこにやや時間を取られすぎた面もあり、全体としてはおおむね順調と言える状態である。

今後の研究の推進方策

これまでの研究で得られた単一電子からの放射波束に関する観測実験結果について論文化を急ぐとともに、量子計測の専門家との議論を深め、その結果をもとに、直列アンジュレータからの放射波束の干渉性に関する実験の進め方を早急に決定し、これを集中的に進める。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Young’s double-slit experiment with undulator vortex radiation in the photon-counting regime2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Shin-Ichi、Ohta Hiroyuki、Mano Atsushi、Takashima Yoshifumi、Fujimoto Masaki、Katoh Masahiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-023-49825-4

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency-domain interferometry for the determination of time delay between two extreme-ultraviolet wave packets generated by a tandem undulator2023

    • 著者名/発表者名
      Hikosaka Y.、Kaneyasu T.、Wada S.、Kohguchi H.、Ota H.、Nakamura E.、Iwayama H.、Fujimoto M.、Hosaka M.、Katoh M.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 10292-10292

    • DOI

      10.1038/s41598-023-37449-7

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time structure of undulator radiation2023

    • 著者名/発表者名
      Salehi Elham、Hosaka Masahito、Katoh Masahiro
    • 雑誌名

      日本シミュレーション学会英文誌

      巻: 10 号: 1 ページ: 164-171

    • DOI

      10.15748/jasse.10.164

    • ISSN
      2188-5303
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction of synchrotron radiation2023

    • 著者名/発表者名
      Fuji Takao、Kaneyasu Tatsuo、Fujimoto Masaki、Okano Yasuaki、Salehi Elham、Hosaka Masahito、Takashima Yoshifumi、Mano Atsushi、Hikosaka Yasumasa、Wada Shin-ichi、Katoh Masahiro
    • 雑誌名

      Optica

      巻: 10 号: 2 ページ: 302-307

    • DOI

      10.1364/optica.477535

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Double-pulsed wave packets in spontaneous radiation from a tandem undulator2022

    • 著者名/発表者名
      Kaneyasu T.、Hosaka M.、Mano A.、Takashima Y.、Fujimoto M.、Salehi E.、Iwayama H.、Hikosaka Y.、Katoh M.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13684-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] UVSORにおける単一電子蓄積実験の現状2023

    • 著者名/発表者名
      浅井佑哉、加藤政博、宮内洋司、島田美帆
    • 学会等名
      第20回日本加速器学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 単一電子によるタンデムアンジュレータ光の観測2023

    • 著者名/発表者名
      浅井佑哉、加藤政博、宮内洋司、島田美帆
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Spatiotemporally structured synchrotron radiation2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Katoh
    • 学会等名
      SPIE Nanoscience + Engineering 2023, UV and Higher Energy Photonics: From Materials to Applications 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単一電子からの放射光の観測の試み2023

    • 著者名/発表者名
      浅井佑哉、島田美帆、宮内洋司、加藤政博
    • 学会等名
      第36回日本放射光学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

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