超広帯域光増幅器の開発

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通常のレーザや光増幅器は、材料中の電子エネルギー準位間での電子遷移を利用して、光の誘導放出を行っている。このため、発振や増幅できる波長は、材料固有のエネルギー準位で定まっている。本研究では、新しい光増幅器の原理として、誘電体導波路を真空中に置き、加速した電子ビームを誘電体導波路に沿って走行させ、電子ビームのエネルギーで光増幅を行う、新しい構想の光増幅器の開発を行っている。昨年度までの実験で,理論的に予測された電子加速電圧で、光増幅を観測できた。しかし,電子ビームが導波路表面に接触するため,電子ビームの走行が不安定になったり,真空チャンバー内に残留している炭素原子が導波路表面に付着するため,実験の再現性が極めて悪かった。そこで,今年度は電子ビームの位置をパルス状電流で偏向し,短い時間だけに導波路に接触させた。また,電子ビームが導波路に接触してからの過渡現象を観測した。その結果,電子ビームが導波路に接触した時点で光が増幅され,しばらくして導波路中の電子数増加による光吸収が生ずることが観測できた。また,光増幅が生ずる光波長と電子加速電圧との分散関係が理論計算と良く一致した。40〜45KVで加速された電子ビームを用いた光増幅作用を実証することができた。また,光増幅と類似の構成で,マイクロ波増幅の実験も行った。約37KVの加速電圧で,37GHz付近のマイクロ波増幅を観測した。本研究は,マイクロ波〜X線領域までの電磁波について,統一的な原理での増幅が可能であることを示し,さらに実用化を目指す研究である。3年間の特定研究によりマイクロ波と光領域での増幅作用を実証できた。