赤外域サイクロトロンオートレゾナンスレーザーの研究

红外回旋自谐振激光器研究

• 批准号: 13780387
• 负责人: 浅川 誠
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780387/
• 关键词: サイクロトロン自己共鳴; 遠赤外レーザー; テラヘルツ波

本年度は2年計画の最終年度としてサイクロトロンレーザ発振実験及び実験結果の解析を行い、以下の成果を得た。●サイクロトロンレーザー発振実験(1)自発放射光のスペクトルを測定した。今回の実験条件である磁束密度1T、磁場長3m、電子ビームエネルギー150MeVでは、電子はソレノイド磁場を通過する間に半回転しかサイクロトロン旋回しない。サイクロトロン共鳴波長は100μmであるにも関わらず、自発放射光はテラヘルツ波帯からミリ波帯にかけて非常に広帯域なスペクトルを示した。(2)光共振器を構築し発振実験を行った。電子ビーム伝送系のミスマッチングのためレーザー光は飽和には至っていないが、自発放射光強度の500倍程度にまで出力が増大した。●数値シミュレーションによる実験結果の解析(1)自発放射光の時間波形及びスペクトルを計算し、実験で得られたスペクトルと比較した。半回転のサイクロトロン旋回を行う電子からのサイクロトロン放射光は、共鳴周波数にかかわらず電子ビームのパルス幅と同程度の時間幅を持つ半周期電磁波を発生することが分かった。半周期電磁波とは通常の電磁波のように電場が正負の値をとらず、正値(あるいは負値)のみを取る電磁波の事を言う。シミュレーションで得られたスペクトルは、実験結果とよく一致しており、観測した放射光は半周期電磁波であると考えられる。(2)一次元の増幅シミュレーションコードを開発した。このコードにより、放射光が電子と相互作用するたびにそのパルス幅を狭めてゆき、飽和レベルに達する時には1psの極短パルスになることが分かった。この時スペクトルはより高周波側に広がり、相当量のテラヘルツ成分を持つようになることが分かった。以上の結果は超相対論的な電子ビームからのサイクロトロン放射を利用することでテラヘルツ帯の超短パルス/大出力光源が実現可能であることを示すものである。

This year is the final year of the two-year plan, and the following results have been achieved.● Self-emitted light is measured in the following ways: The conditions of this cycle are: magnetic beam density 1T, magnetic field length 3m, electron beam density 150MeV, electron beam density 150 The resonance wavelength is 100μm, and the emission wavelength is 100μm. (2)Optical resonator construction and vibration control The output of the electron beam transmission system increases by 500 times due to saturation of light and self-emission. Analysis of the results of the numerical simulation (1) Calculation of the time waveform and the time series of the self-emitted light, and comparison of the results of the simulation Semi-cyclic electromagnetic waves are generated by the emission of light and resonance cycles of electrons with the same amplitude and time. Half period electromagnetic wave is opposite to normal electromagnetic wave, and the electric field is negative and positive. The result of the experiment is consistent with that of the semi-periodic electromagnetic wave emitted by the radiation. (2)The first time the amplitude of the film was increased, the film was released. For example, when the radiation is emitted, the electron interaction is extremely narrow, and the saturation is extremely short. This time, the frequency of the high frequency side is high, and the corresponding amount of the high frequency component is high. The above results show that it is possible to realize the ultra-high power light source in the ultra-high power range.

项目成果

Makoto Asakawa: "Cyclotron Autoresonance between Ultrarelativistic Electron and Free-Space Mode Radiation"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (2003)

浅川诚：“超相对论电子与自由空间模式辐射之间的回旋自共振”物理研究中的核仪器和方法A.（2003）