レーザ光による電子ビームの量子論的エネルギー変調の実験的検証

激光对电子束量子理论能量调制的实验验证

• 批准号: 14750249
• 负责人: 石川 亮
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Electro-Communications (2003)Tohoku University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750249/
• 关键词: 電子ビーム; エネルギー変調; 近接場; 逆スミス・パーセル効果

本研究は、微小間隙相互作用回路を用いた光と電子ビームとの相互作用を理論及び実験的に明らかにし、光領域で動作する新たな小型電子ビーム装置開発のための基本特性を得ることを目的としている。本年度は、先ず、波長1ミクロン帯の実験に用いる微小間隙相互作用回路の製作を行った。電子ビームガイド用の溝をシリコンの異方性エッチングにより形成し、集束イオンビームを用いてシリコン表面上に幅1ミクロン以下の微小間隙を作製した。また、電子ビーム、レーザ光、微小間隙回路のアライメントを真空中で行うための高精度マニピュレータを設計し、製作した。一方、FDTD法を用いた間隙上の電磁界解析、及び電子ビームとのエネルギー授受の理論解析を推し進め、間隙を多段化した場合に、僅か数本程度で周期構造として電磁界分布の解析を簡略化することが可能であることが確認された。(5本で一次ピーク値の誤差が5%程度)また、スリット溝、スロット溝、V溝、矩形溝、等々の種々の形状について幅や溝深さを変化させて解析を行い、矩形溝を用いた場合に他と比較して倍程度のエネルギー授受が得られることが確認された。以上の解析結果を基に、矩形の回折格子を作製し、波長10.6ミクロンの炭酸ガスレーザを用いて相互作用実験(逆スミス・パーセル効果)を行い、場との同期条件を満たす電子速度で現れる3次までのエネルギー授受量のピークを実験的に確認した。これは現段階における最短波長での逆スミス・パーセル効果の実験結果である。

这项研究旨在使用理论和实验性的微型相互作用回路阐明光和电子束之间的相互作用，并获得基本特征，以开发在光学区域运行的新的小型电子束设备。今年，我们首先制造了一个微型相互作用电路，用于用于波长为1微米的实验。通过硅的各向异性蚀刻形成电子束指南的凹槽，并使用聚焦的离子束在硅表面产生了宽度为1微米或更少的微空间。此外，设计和制造了高精度操纵器，以在真空中对电子束，激光束和微间隙电路进行排列。另一方面，我们使用FDTD方法和电子束对能量传递和接收的理论分析促进了差距上电磁场的分析，并确认当差距是多阶段的差距时，将电磁场分布作为周期性结构的分析，只需几条线即可进行周期性结构。 （五行的主要峰值的误差约为5％。）此外，通过改变各种形状的宽度和凹槽深度来进行分析，例如缝隙凹槽，插槽凹槽，V凹槽，矩形凹槽等，并确认当矩形凹槽所用的能量和能量转移时，可以证实，它可以与其他相同的能量转移。基于上述分析结果，制造了矩形衍射光栅，并使用二氧化碳激光器进行了相互作用实验（反向史密斯·珀塞尔效应），其波长为10.6微米，并通过实验确认能量传递和接收峰值的峰值和接收峰，最高3阶，在电子速度上表现出可满足同步条件的电子速度条件。这是在此阶段最短波长的史密斯纯效应的实验结果。

项目成果

Jongsuck Bae(共著): "Interaction between nonrelativistic electrons and optical evanescent waves In : Nanoelectrodynamics"edited by H.Nejo(Series of NanoScience and Technology, Springer-Verlag). 22(121-142) (2003)

Jongsuck Bae（合著者）：H.Nejo 编辑的“非相对论电子与光学倏逝波之间的相互作用：纳米电动力学”（纳米科学与技术系列，Springer-Verlag）22（121-142）（2003）。

石川亮: "多段微小間隙回路を用いた近接場と電子ビームとの相互作用に関する研究"第50回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No3. 28a-Q-2 (2003)

Ryo Ishikawa：“利用多级微间隙电路研究近场与电子束的相互作用”第50届应用物理学会会议论文集第3.28a-Q-2号（2003年）。

Ryo ISHIKAWA: "Experimental Verification of the Theory on Energy Modulation of an Electron Beam with an Optical Near-Field"IEICE TRANS. ELECTRON. E85-C・12. 2086-2092 (2002)

石川亮：“光学近场电子束能量调制理论的实验验证”IEICE TRANS。2086-2092。