Experimental evidences of light's orbital angular momentum carried by helical undulator harmonics

ヘリカルアンジュレーターからの高次光が運ぶ光の軌道角運動量の実験的根拠

佐々木 茂美*; 宮本 篤*; 保坂 将人*; 山本 尚人*; 許 斐太郎*; 加藤 政博*; 今園 孝志; 小池 雅人

Sasaki, Shigemi*; Miyamoto, Atsushi*; Hosaka, Masahito*; Yamamoto, Naoto*; Kyo, Ayataro*; Kato, Masahiro*; Imazono, Takashi; Koike, Masato

相対論的速度で螺旋運動する電子が発するシンクロトロン放射(放射光)は光のスピン(円偏光)のみならず軌道角運動量を運ぶことは理論的に予想されている。我々は、紫外線より長い波長では回折限界光を発生する高輝度光源リングであるUVSOR-IIIのS1直線部に、バンチャーを挟んで直列に挿入されている2台のAPPLE型可変偏光アンジュレーターから円偏光した放射を発生させ、2種類の異なった次数の高次光による干渉パターンをBL1Uビームポート下流に置いたファイバマルチチャンネル分光器及びCCDカメラで撮像することによって系統的に測定した。実験では、種々の条件下で一重, 二重, 三重の螺旋状干渉パターンが観測され、理論的に予想される干渉パターンと非常に良い一致をみた。このアンジュレーター放射の新奇な性質は、磁気渦による共鳴X線磁気散乱や光電子顕微法による磁化構造の観察など、放射光利用研究の新たなプローブとして使われることが期待される。

The phenomenon of higher harmonic radiation from a helical undulator carrying orbital angular momentum (OAM) attracts a great deal of attention because this novel property may be used as a new probe for synchrotron radiation science that would be performed in diffraction limited light source facilities. Although a diffraction limited VUV and X-ray sources do not yet exist, the 750 MeV UVSOR-III is already a diffraction limited light source in the UV region. In this ring, a tandem-aligned double-APPLE undulator system is installed. Using this set-up, we observed spiral interference patterns between two different harmonic radiations with a scanning fiber multi-channel spectrometer and a CCD camera placed at the end of BL1U beamline. By these measurements, various interference patterns such as single, double, and triple spirals were observed which concur with the theoretical prediction for every mode in the right or left circular polarization.