Observation of transition radiation carrying orbital angular momentum

1992年に，螺旋状の波面を持つ電磁波が軌道角運動量を運ぶことが理論的に示されて以来，可視域のレーザーを用いて軌道角運動量を運ぶ光の研究が精力的に進められてきた．これらの研究では螺旋位相板を始め特殊な光学素子を用いて軌道角運動量を運ぶ光の生成が行われている．その後，テラヘルツからX線まで幅広い波長領域に研究が広がっている．その光のユニークな性質に着目し，イメージング分野，情報通信分野等，応用研究も多岐に渡り行われている．また，近年，相対論的電子ビームを利用した研究も行われるようになっており，円偏光アンジュレータ，円偏光レーザーとのコンプトン散乱，チャネリングを利用する方法など，様々な手法が提案されている．一方，ビームサイズが光の波長よりも十分小さい場合に，遷移放射も軌道角運動量を運ぶことが理論的に示された．円偏光アンジュレータのように，螺旋運動をする電子から軌道角運動量を運ぶ光が生成されることは知られているが，螺旋運動をしない電子からそれらの光が生成されるのは興味深い現象である．また，本手法は，電子を薄膜に入射させるだけで生成可能であり，他の手法と比べて生成方法がシンプルである点に特色がある．そこで，本研究では軌道角運動量を運ぶ遷移放射の初観測を目的とする．実験は九州シンクロトロン光研究センターの255 MeVリニアックからの電子ビームを利用して行った．標的として，厚さ0.3 mmのSiウェハーを用いた．典型的な電子ビームの大きさは0.1 mmから1 mm程度であり，上述した条件を満たす光の波長はテラヘルツ波の領域に相当する．本研究では，テラヘルツ検出器として焦電タイプのものを採用した．すでに，テラヘルツ遷移放射の検出と角度分布の測定に成功している．今後，3角形状アパーチャーによる回折パターンを測定することにより，遷移放射の軌道角運動量の検出を行う予定である．

1992年に，螺旋状の波面を持つ電磁波が軌道角運動量を運ぶことが理論的に示されて以来，可視域のレーザーを用いて軌道角運動量を運ぶ光の研究が精力的に進められてきた．これらの研究では螺旋位相板を始め特殊な光学素子を用いて軌道角運動量を運ぶ光の生成が行われている．その後，テラヘルツからX線まで幅広い波長領域に研究が広がっている．その光のユニークな性質に着目し，イメージング分野，情報通信分野等，応用研究も多岐に渡り行われている．また，近年，相対論的電子ビームを利用した研究も行われるようになっており，円偏光アンジュレータ，円偏光レーザーとのコンプトン散乱，チャネリングを利用する方法など，様々な手法が提案されている．一方，ビームサイズが光の波長よりも十分小さい場合に，遷移放射も軌道角運動量を運ぶことが理論的に示された．円偏光アンジュレータのように，螺旋運動をする電子から軌道角運動量を運ぶ光が生成されることは知られているが，螺旋運動をしない電子からそれらの光が生成されるのは興味深い現象である．また，本手法は，電子を薄膜に入射させるだけで生成可能であり，他の手法と比べて生成方法がシンプルである点に特色がある．そこで，本研究では軌道角運動量を運ぶ遷移放射の初観測を目的とする．実験は九州シンクロトロン光研究センターの255 MeVリニアックからの電子ビームを利用して行った．標的として，厚さ0.3 mmのSiウェハーを用いた．典型的な電子ビームの大きさは0.1 mmから1 mm程度であり，上述した条件を満たす光の波長はテラヘルツ波の領域に相当する．本研究では，テラヘルツ検出器として焦電タイプのものを採用した．すでに，テラヘルツ遷移放射の検出と角度分布の測定に成功している．今後，3角形状アパーチャーによる回折パターンを測定することにより，遷移放射の軌道角運動量の検出を行う予定である．