研究者詳細

顔写真

ウエスギ　ユウキ
上杉　祐貴
Yuuki Uesugi
所属
多元物質科学研究所　プロセスシステム工学研究部門　光物質科学研究分野
職名
助教
学位

  • 博士（理学）（広島大学）

  • 修士（理学）（広島大学）

経歴 6

  • 2024年2月 ～ 2026年5月
    東北大学

  • 2016年6月 ～ 2026年5月
    東北大学　多元物質科学研究所　助教

  • 2021年7月 ～ 2023年5月
    東北大学

  • 2020年11月 ～ 2022年3月
    国立研究開発法人科学技術振興機構　さきがけ兼任研究者

  • 2016年4月 ～ 2016年5月
    東北大学　多元物質科学研究所　助手

  • 2014年4月 ～ 2016年3月
    日本学術振興会　広島大学大学院先端物質科学研究科　特別研究員

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所属学協会 4

  • 日本顕微鏡学会

    2019年 ～ 継続中

  • 応用物理学会

    2016年 ～ 継続中

  • 日本物理学会

    2010年 ～ 継続中

  • 日本加速器学会

    2015年 ～ 2022年

研究分野 3

  • エネルギー / 量子ビーム科学 /

  • ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学 /

  • 自然科学一般 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理に関する実験 /

受賞 3

  1. 第32回（令和3年度）トーキン科学技術賞トーキン財団奨励賞

    2022年3月　トーキン科学技術振興財団　超短パルスレーザーを駆使した極限ナノ薄膜加工技術

  2. 籏野奨学基金第13回多元物質科学研究所奨励賞

    2018年12月　東北大学多元物質科学研究所　フェムト秒レーザー干渉加工による電子位相ホログラムの実現

  3. 第12回日本加速器学会日本加速器学会年会賞（ポスター部門）

    2015年8月　日本加速器学会　レーザーコンプトン光源のための高フィネス自発共鳴型光蓄積共振器の開発

論文 23

  1. Crossed ponderomotive lenses for spherical aberration correction in electron optics 査読有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa

    Physical Review A　112　013507-1-013507-10　2025年6月17日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/jk8d-dn5z 　

    ISSN：2469-9926

    eISSN：2469-9934

  2. Laser nanoprocessing via an enhanced longitudinal electric field of a radially polarized beam 査読有り

    Yukine Tsuru, Yuichi Kozawa, Yuuki Uesugi, Shunichi Sato

    Optics Letters　49　(6)　1405-1408　2024年3月15日

    DOI： 10.1364/OL.517382 　

  3. Graded arc beam in light needle microscopy for axially resolved, rapid volumetric imaging without nonlinear processes 査読有り

    Daisuke Kume, Yuichi Kozawa, Ryosuke Kawakami, Hirokazu Ishii, Yuki Watakabe, Yuuki Uesugi, Takeshi Imamura, Tomomi Nemoto, Shunichi Sato

    Optics Express　32　(5)　7289-7306　2024年2月26日

    DOI： 10.1364/OE.516437 　

  4. Nanoprocessing of Self-Suspended Monolayer Graphene and Defect Formation by Femtosecond-Laser Irradiation 査読有り

    Naohiro Kadoguchi, Yuuki Uesugi, Makoto Nagasako, Tetsuro Kobayashi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Nano Letters　23　(11)　4893-4900　2023年5月16日

    出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)

    DOI： 10.1021/acs.nanolett.3c00594 　

    ISSN：1530-6984

    eISSN：1530-6992

  5. Multi-beam ultrafast laser processing of free-standing nanofilms 査読有り

    Yuuki Uesugi, Taito Miwa, Naohiro Kadoguchi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Applied Physics A　129　101-1-9　2023年1月11日

    出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC

    DOI： 10.1007/s00339-022-06361-8 　

    ISSN：0947-8396

    eISSN：1432-0630

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    Abstract In this study, femtosecond laser-based multi-beam interference laser processing on nanofilms with nanometer thicknesses was demonstrated. The resulting multi-hole, two-dimensional lattice pattern reflected a laser interference fringe formed on the surface of the nanofilm, with no breaks or cracks. In anticipation of the actual nanostructure fabrication, additional laser processing was performed to drill additional holes in the spaces between the existing holes, resulting in high-density multi-point hole drilling beyond the interference fringe pitch. Notably, processing materials with thicknesses close to 100 nm or less is difficult even with a state-of-the-art focused-ion-beam system. The presented method, in contrast, allows instantaneous, submicrometer-scale multi-point hole drilling of nanofilms over a large area, opening up a new frontier of nanoengineering. Future applications will include the fabrication of electron phase plates, membrane-based optomechanical devices, microelectromechanical systems, and engineering of atomic layer materials.

  6. Harmonically mode-locked laser pulse accumulation in a self-resonating optical cavity 査読有り

    Yuya Koshiba, Seiya Otsuka, Koki Yamashita, Chikara Fukushima, sakae araki, Alexander Aryshev, Tsunehiko Omori, Konstantin Popov, Tohru Takahashi, Nobuhiro Terunuma, Yuuki Uesugi, Junji Urakawa, Masakazu Washio

    Optics Express　30　(24)　43888-43899　2022年11月8日

    出版者・発行元： Optica Publishing Group

    DOI： 10.1364/oe.472917 　

    eISSN：1094-4087

  7. Properties of electron lenses produced by ponderomotive potential with Bessel and Laguerre–Gaussian beams 招待有り 査読有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Journal of Optics　24　054013-1-11　2022年4月7日

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/2040-8986/ac6524 　

    ISSN：2040-8978

    eISSN：2040-8986

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    Abstract The properties of electron round lenses produced by the ponderomotive potential are investigated in geometrical optics. The potential proportional to the intensity distribution of a focused first-order Bessel or Laguerre-Gaussian beam is exploited to produce an electron round lens and a third-order spherical aberration corrector. Several formulas for the focal length and spherical aberration coefficients in the thin-lens approximation are derived to set the lens properties and associated light beam parameters. When the mode field of the optical beam is small, the electron trajectory calculation results show properties similar to those obtained using the formulas. Alternatively, large higher-order aberrations are introduced because of the annular distribution of the potential. The second- and higher-order Bessel and Laguerre--Gaussian beams produce no focusing power and no negative third-order spherical aberration; however, they can still be used as circularly symmetric higher-order aberration correctors. Results show that the ponderomotive potential-based electron lens or phase plate forms a refractive index medium with a shape that is considerably more flexible than that achieved in the case of conventional electrostatic and magnetic electron optics. The formulas presented herein can serve as guidelines for designing preferred light fields, thus promoting the advancement of a novel technology in electron optics that exploits the electron-light interaction.

  8. Wavefront engineered light needle microscopy for axially resolved rapid volumetric imaging 査読有り

    Yuichi Kozawa, Tomoya Nakamura, Yuuki Uesugi, Shunichi Sato

    Biomedical Optics Express　13　(3)　1702-1717　2022年3月1日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/BOE.449329 　

    ISSN：2156-7085

    eISSN：2156-7085

  9. Electron round lenses with negative spherical aberration by a tightly focused cylindrically polarized light beam 国際誌 査読有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Physical Review Applied　16　L011002-1-6　2021年7月9日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevapplied.16.l011002 　

    eISSN：2331-7019

  10. Optical Trapping of Low Refractive Index Particles by Dual Vortex Beams

    Sho Nakaya, Yuichi Kozawa, Yuuki Uesugi, Shunichi Sato

    CLEO: Science and Innovations 2021　SM4I.3　2021年5月

    DOI： 10.1364/CLEO_SI.2021.SM4I.3 　

    ISSN：2160-9020

  11. Nanoprocessing of free-standing thin films by ultrafast laser ablation 招待有り 査読有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Proc. SPIE　11674　116740O-1-7　2021年3月5日

    出版者・発行元： SPIE

    DOI： 10.1117/12.2587393 　

    ISSN：0277-786X

    eISSN：1996-756X

  12. Laser microprocessing of metal surfaces using a tightly focused radially polarized beam 査読有り

    Yuichi Kozawa, Masaki Sato, Yuuki Uesugi, Shunichi Sato

    Optics Letters　45　(22)　6234-6237　2020年11月15日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/ol.405852 　

    ISSN：0146-9592

    eISSN：1539-4794

  13. Ultrafast laser ablation of 10-nm self-supporting membranes by two-beam interference processing 査読有り

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Optics Express　28　(18)　26200-26206　2020年8月31日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/oe.400941 　

    eISSN：1094-4087

  14. Imaging with a longitudinal electric field in confocal laser scanning microscopy to enhance spatial resolution 査読有り

    Yuichi Kozawa, Ryota Sakashita, Yuuki Uesugi, Shunichi Sato

    Optics Express　28　(12)　18418-18430　2020年6月8日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/oe.396778 　

    eISSN：1094-4087

  15. Development of self-resonating enhancement cavity operating in single-longitudinal-mode 査読有り

    Yuuki Uesugi, Alexander S. Aryshev, Masafumi Fukuda, Tsunehiko Omori, Nobuhiro Terunuma, Junji Urakawa, Tohru Takahashi, Yuya Koshiba, Seiya Otsuka, Masakazu Washio, Yuji Hosaka, Shunichi Sato

    CLEO: Applications and Technology 2020　JW2B.10　2020年5月

    出版者・発行元： OSA

    DOI： 10.1364/cleo_at.2020.jw2b.10 　

  16. Direct generation of the lowest-order vortex beam using a spot defect mirror in the ultraviolet region 査読有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    Optics Letters　45　(7)　2115-2118　2020年4月1日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/ol.389174 　

    ISSN：0146-9592

    eISSN：1539-4794

  17. Mode-locked pulse oscillation of a self-resonating enhancement optical cavity 査読有り

    Y. Hosaka, Y. Honda, T. Omori, J. Urakawa, A. Kosuge, K. Sakaue, T. Takahashi, Y. Uesugi, M. Washio

    Journal of Physics: Conference Series　1350　012028-1-6　2019年11月

    出版者・発行元： IOP Publishing

    DOI： 10.1088/1742-6596/1350/1/012028 　

    ISSN：1742-6588

    eISSN：1742-6596

  18. Creating electron phase holograms using femtosecond laser interference processing 査読有り

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Koh Saitoh, Shunichi Sato

    Optics Express　27　(15)　20958-20964　2019年7月22日

    出版者・発行元： The Optical Society

    DOI： 10.1364/OE.27.020958 　

  19. Laser interference processing of electron phase holograms by using a femtosecond laser 査読有り

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Shunichi Sato, Koh Saitoh

    CLEO: Science and Innovations 2019　SF1E.5　2019年5月

    出版者・発行元： OSA

    DOI： 10.1364/cleo_si.2019.sf1e.5 　

  20. Development of optical resonant cavities for laser-Compton scattering 査読有り

    T. Akagi, S. Araki, Y. Honda, A. Kosuge, T. Omori, H. Shimizu, N. Terunuma, J. Urakawa, T. Takahashi, R. Tanaka, Y. Uesugi, H. Yoshitama, Y. Hosaka, K. Sakaue, M. Washio

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B; Proceedings of the 7th International Conference Channeling 2016: Charged & Neutral Particles Channeling Phenomena　402　(1)　370-372　2017年7月1日

    出版者・発行元： Elsevier B.V.

    DOI： 10.1016/j.nimb.2017.03.081 　

    ISSN：0168-583X

  21. Feedback-free optical cavity with self-resonating mechanism 査読有り

    Uesugi, Y., Hosaka, Y., Honda, Y., Kosuge, A., Sakaue, K., Omori, T., Takahashi, T., Urakawa, J., Washio, M.

    APL Photonics　1　026103-1-7　2016年5月25日

    DOI： 10.1063/1.4945353 　

  22. Demonstration of the stabilization technique for nonplanar optical resonant cavities utilizing polarization 査読有り

    T. Akagi, S. Araki, Y. Funahashi, Y. Honda, S. Miyoshi, T. Okugi, T. Omori, H. Shimizu, K. Sakaue, T. Takahashi, R. Tanaka, N. Terunuma, Y. Uesugi, J. Urakawa, M. Washio, H. Yoshitama

    Review of Scientific Instruments　86　043303-1-7　2015年4月21日

    DOI： 10.1063/1.4918653 　

    ISSN：0034-6748

    eISSN：1089-7623

  23. Development of an intense positron source using a crystal-amorphous hybrid target for linear colliders 査読有り

    Y. Uesugi, T. Akagi, R. Chehab, O. Dadoun, K. Furukawa, T. Kamitani, S.Kawada, T. Omori, T. Takahashi, K. Umemori, J. Urakawa, M. Satoh, V. Strakhovenko, T. Suwada, A. Variola

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B　319　(15)　17-23　2014年1月15日

    DOI： 10.1016/j.nimb.2013.10.025 　

    ISSN：0168-583X

    eISSN：1872-9584

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MISC 9

  1. Crossed ponderomotive lenses for spherical aberration correction in electron optics

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa

    Physical Review A　2025年7月7日

    DOI： 10.1103/jk8d-dn5z 　

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    This article evaluates the lens characteristics of a non-rotationally symmetric electron lens based on a ponderomotive potential (i.e., a ponderomotive lens) formed by intersecting one or more optical beams perpendicular to an electron beam. Based on geometric optics, design formulas are derived for the focal length and general spherical aberration coefficients of specifically crossed ponderomotive lenses. Numerical calculations demonstrate that a pair of these crossed ponderomotive lenses can effectively correct spherical aberration in the objective lens of an electron microscope. Unlike rotationally symmetric ponderomotive lenses, which require the optical beam to be coaxially aligned with the electron beam, the crossed ponderomotive lens avoids the need to place optical mirrors and lenses directly on the beam axis. Thus, it offers practical advantages in designing and building electron optical instruments and contributes to system miniaturization. With lens properties similar to multipole lenses, the proposed crossed ponderomotive lens is expected to facilitate diverse developments in electron optical systems incorporating ponderomotive potentials.

  2. 超短パルスレーザーによる薄膜の精密加工技術

    上杉 祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一

    化学　78　(11)　21-25　2023年11月

    出版者・発行元： 化学同人

  3. The properties of ponderomotive lenses 国際誌

    Yuuki Uesugi

    Advances in Imaging and Electron Physics　228　1-41　2023年9月7日

    出版者・発行元： Elsevier

    DOI： 10.1016/bs.aiep.2023.08.001 　

    ISSN： 1076-5670

  4. Properties of electron lenses produced by ponderomotive potential with Bessel and Laguerre-Gaussian beams 国際誌

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    arXiv　2022年1月

  5. Electron round lenses with negative spherical aberration by a tightly focused cylindrically polarized light beam

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    arXiv　2021年3月

  6. 液晶素子による構造化した光の発生とその応用 招待有り

    上杉祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一

    フォトニクスニュース　5　(4)　167-171　2019年11月

    ISSN： 2189-6496

  7. Mode-locked pulse oscillation of a self-resonating enhancement optical cavity

    Yuji Hosaka, Yosuke Honda, Atsushi Kosuge, Tsunehiko Omori, Kazuyuki Sakaue, Tohru Takahashi, Yuuki Uesugi, Junji Urakawa, Masakazu Washio

    arXiv　2016年10月

  8. Feedback-free optical cavity with self-resonating mechanism

    Y. Uesugi, Y. Hosaka, Y. Honda, A. Kosuge, K. Sakaue, T. Omori, T. Takahashi, J. Urakawa, M. Washio

    arXiv　2015年9月

  9. Development of an intense positron source using a crystal--amorphous hybrid target for linear colliders

    Y. Uesugi, T. Akagi, R. Chehab, O. Dadoun, K. Furukawa, T. Kamitani, S. Kawada, T. Omori, T. Takahashi, K. Umemori, J. Urakawa, M. Satoh, V. Strakhovenko, T. Suwada, A. Variola

    arXiv　2013年10月

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講演・口頭発表等 51

  1. 十字ポンデロモーティブレンズによる球面収差補正の検討

    上杉 祐貴

    日本物理学会 第80回年次大会　2025年9月18日

  2. フェムト秒レーザーによる ナノ薄膜微細加工 招待有り

    上杉 祐貴

    関東学院大学 材料・表面工学研究所 第51回技術フォーラム　2025年7月28日

  3. 薄膜材料のフェムト秒レーザー微細加⼯とその展開 招待有り

    上杉 祐貴

    日本学術会議国際光デー記念シンポジウム　2025年7月7日

  4. レーザーによる電子ビーム変調と電子顕微鏡装置への展開 招待有り

    上杉 祐貴

    九州大学超顕微解析研究センター 第243 回 ＨＶＥＭ研究会　2025年7月4日

  5. 非回転対称ポンデロモーティブレンズの球面収差

    上杉 祐貴

    第72回応用物理学会春季学術講演会　2025年3月14日

  6. レーザーによる電子波の位相変調と電子顕微鏡への応用 招待有り

    上杉 祐貴

    レーザー学会学術講演会第45回年次大会　2025年1月23日

  7. 光と電子の相互作用による電子ビーム制御 招待有り

    上杉 祐貴

    日本学術会議国際光デー記念シンポジウム　2024年7月25日

  8. Si系ナノ薄膜の微細レーザー加工

    上杉 祐貴

    第71回応用物理学会春季学術講演会　2024年3月23日

  9. Femtosecond laser processing of free-standing nanofilms with sub-100 nanometer resolution 国際会議 招待有り

    Yuuki Uesugi

    The 24th RIES-HOKUDAI International Symposium　2023年12月7日

  10. モード同期発振する光増強共振器

    小柴 裕也, 大塚 誠也, 山下 洸輝, 福島 千夏良, 荒木 栄, アリセフ アレキサンダー, 大森 恒彦, ポポフ コンスタンティン, 高橋 徹, 照沼 信浩, 上杉 祐貴, 浦川 順治, 鷲尾 方一

    第84回応用物理学会秋季学術講演会　2023年9月20日

  11. 構造化レーザービームでつくる第三の電子レンズ 招待有り

    上杉祐貴

    日本顕微鏡学会第47回関東支部講演会　2023年3月7日

  12. ポンデロモーティブ電子レンズのレンズ特性 招待有り

    上杉 祐貴

    電子光学設計技術分科会第９回研究会　2023年2月14日

  13. フェムト秒レーザーによる自立ナノ薄膜加工とその展開 招待有り

    上杉祐貴, 門口尚広, 小林哲郎, 小澤祐市, 佐藤俊一

    レーザー学会学術講演会第43回年次大会　2023年1月18日

  14. 超短パルスレーザーを使ったしきい値近傍アブレーションによる薄膜微細加工と表面洗浄技術

    上杉祐貴, 三輪泰斗, 門口尚広, 小林哲郎, 小澤祐市, 佐藤俊一, 齋藤晃

    第83回応用物理学会秋季学術講演会　2022年9月22日

  15. 収束レーザー光による電子レンズの検討

    上杉祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一

    日本顕微鏡学会第78回学術講演会　2022年5月12日

  16. 光ビームで実現する電子ラウンドレンズのレンズ特性

    上杉祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一

    第69回応用物理学会春季学術講演会　2022年3月26日

  17. Toward the realization of innovative optical elements based on nanofilms and laser light in the field of electron microscopy and mattar wave optics 国際会議

    Yuuki Uesugi, Taito Miwa, Naohiro Kadoguchi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato, Koh Saito

    ICMaSS2021　2021年11月4日

  18. 強く集光したベクトルビームによる電子レンズ作用の検討

    上杉祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一

    第82回応用物理学会秋季学術講演会　2021年9月13日

  19. 集束レーザー光を使った低速電子線向け電子レンズの提案

    上杉 祐貴, 小澤 祐市, 佐藤 俊一

    第18回日本加速器学会年会　2021年8月9日

  20. レーザーコンプトン光源のための自発共鳴型光蓄積共振器の開発

    上杉祐貴, 菅原直人, 佐藤俊一, 小澤祐市, アリシェフアレクサンダー, 浦川順治, 大森恒彦, 福田将史, 大塚誠也, 小柴裕也, 鷲, 尾方一, 高橋徹

    第68回応用物理学会講演会　2021年3月16日

  21. Nanoprocessing of free-standing thin films by ultrafast laser ablation 国際会議 招待有り

    Yuuki Uesugi, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    SPIE. Photonics West, LASE 2021　2021年3月6日

  22. 超短パルス光渦による薄膜加工と高効率な電子渦発生の実現 招待有り

    上杉祐貴, 三輪泰斗, 小澤祐一, 佐藤俊一, 齋藤晃

    光の軌道角運動量の発生機構と物質相互作用の理解　2021年3月4日

  23. 超短パルスレーザーによる電子ビーム変調技術の検討

    上杉 祐貴

    電子光学設計技術分科会第7回研究会　2020年10月5日

  24. 二光束レーザーアブレーションによる10-nm薄膜微細加工

    上杉 祐貴

    第81回応用物理学会秋季学術講演会　2020年9月9日

  25. 電子位相回折格子のための薄膜レーザーアブレーション加工の開発

    上杉 祐貴

    日本物理学会 2020年秋季大会　2020年9月9日

  26. Kapitza-Dirac効果による電子レンズ作用の検討

    上杉 祐貴

    日本物理学会 2020年秋季大会　2020年9月9日

  27. Single-shot interference processing of ultrathin plates by femtosecond laser 招待有り

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato

    LPM2020 - The 21st International Symposium on Laser Precision Microfabrication　2020年6月

  28. ホログラフィック・レーザーアブレーション加工法による電子位相回折格子の作製

    上杉 祐貴, 福島 涼太, 齋藤 晃, 佐藤 俊一

    日本顕微鏡学会第76回学術講演会　2020年5月25日

  29. Development of self-resonating enhancement cavity operating in single-longitudinal-mode

    Yuuki Uesugi, Alexander S. Aryshev, Masafumi Fukuda, Tsunehiko Omori, Nobuhiro Terunuma, Junji Urakawa, Tohru Takahashi, Yuya Kobayashi, Seiya Otsuka, Masakazu Washio, Yuji Hosaka, Shunichi Sato

    CLEO 2020　2020年5月13日

  30. レーザー干渉加工による電子位相ホログラムの作製と電子渦生成

    上杉 祐貴, 福島 涼太, 齋藤 晃, 佐藤 俊一

    日本物理学会第75回年次大会　2020年3月16日

  31. 単一縦モードで動作する自発共鳴型光共振器の開発

    上杉 祐貴, アリシェフ アレクサンダー, 浦川 順治, 大森 恒彦, 照沼 信浩, 福田 将史, 大塚 誠也, 小柴 裕也, 鷲尾 方一, 高橋 徹, 保坂 勇志

    第67回応用物理学会春季学術講演会　2020年3月12日

  32. 先端レーザー技術による新規電子顕微鏡法への展開

    上杉 祐貴, 福島 涼太, 佐藤 俊一, 齋藤 晃

    第7回アライアンス若手研究交流会　2019年11月12日

  33. Fabrication of holograms for electron vortex generation by one-shot laser interference processing 国際会議

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Koh Saitoh, Shunichi Sato

    International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019 (ICMaSS2019)　2019年11月1日

  34. レーザー光を使った電子ビーム変調技術の検討

    上杉 祐貴, 佐藤 俊一

    第80回応用物理学会秋季学術講演会　2019年9月18日

  35. 支持基板のない薄膜のレーザー干渉加工による位相回折格子の作製と電子渦発生への応用

    上杉 祐貴, 福島 涼太, 佐藤 俊一

    国際光デーシンポジウム2019　2019年6月28日

  36. Laser Interference Processing of Electron Phase Holograms by Using a Femtosecond Laser 国際会議

    Yuuki Uesugi, Ryota Fukushima, Shunichi Sato, Koh Saitoh

    CLEO 2019　2019年5月5日

  37. フェムト秒レーザーで駆動するチップ陰極型電子源の開発

    上杉祐貴, 渡辺和樹, 佐藤俊一

    第66回応用物理学会春季学術講演会　2019年3月9日

  38. フェムト秒レーザー干渉加工による電子位相ホログラムの作製

    上杉 祐貴, 福島 涼太, 佐藤 俊一

    第6回アライアンス若手研究交流会　2018年11月1日

  39. レーザー干渉加工による電子線ホログラフィック回折格子Ⅱ

    上杉祐貴, 福島涼太, 佐藤俊一

    第79回応用物理学会秋季学術講演会　2018年9月18日

  40. Holographic diffraction gratings for electron beam fabricated by femtosecond-laser interference processing 国際会議

    Yuuki Uesugi○, Ryota Fukushima, Shunichi Sato

    The 5th CWRU-Tohoku Joint Workshop　2018年8月2日

  41. 自発共鳴型レーザーパルス蓄積共振器の開発

    上杉祐貴, 浦川順治, 大森恒彦, 小菅淳, 坂上和之, 高橋徹, 保坂勇志, 本田洋介, 鷲尾方一

    第65回応用物理学会春季学術講演会　2018年3月19日

  42. レーザーコンプトン散乱光源のための自発共鳴型光蓄積共振器 招待有り

    上杉祐貴, 浦川順治, 大森恒彦, 小菅淳, 坂上和之, 高橋徹, 保坂勇志, 本田洋介, 鷲尾方一

    レーザー学会学術講演会 第38回年次大会　2018年1月24日

  43. 光の空間制御技術を利用したフェムト秒レーザー加工

    上杉祐貴, 小澤祐一, 佐藤俊一, 松阪修吾

    第17回東北大学多元物質科学研究所研究発表会　2017年12月4日

  44. レーザー干渉加工による電子線ホログラフィック回折格子

    上杉 祐貴, 佐藤 俊一

    第78回応用物理学会秋季学術講演会　2017年9月5日

  45. Development of feedback-free optical resonant cavities for laser-Compton scattering 国際会議

    Yosuke Hondaa, Yuji Hosakab,f, Atsushi Kosugea,g, Tsunehiko Omoria, Kazuyuki Sakauec, Tohru Takahashid, Yuuki Uesugie, Junji Urakawaa, Masakazu Washiob

    The 24the Congress of the International Commission for Optics　2017年8月22日

  46. 共鳴維持を必要としない自発共鳴型光共振器の開発

    Yuuki Uesugi, Yosuke Honda, Yuji Hosaka, Atsushi Kosuge, Tsunehiko Omori, Kazuyuki Sakaue, Tohru Takahashi, Junji Urakawa, Masakazu Washio

    第3回東北大学若手研究者アンサンブルワークショップ　2017年7月3日

  47. 自立安定性を備えた光蓄積共振器の開発

    上杉 祐貴, 保坂 勇志, 浦川 順治, 大森 恒彦, 小菅 淳, 坂上 和之, 高橋 徹, 本田 洋介, 鷲尾 方一

    第64回応用物理学会春季学術講演会　2017年4月15日

  48. 点欠陥ミラーを用いたHe-Cdレーザーからの光渦生成

    上杉 祐貴, 小澤 祐市, 佐藤 俊一

    第77回応用物理学会秋季学術講演会　2016年9月13日

  49. Feedback-free optical cavity with self-resonating mechanism for laser-Compton scattering sources 国際会議

    Yuuki Uesugi

    The 2015 International Workshop on Future Linear Colliders (LCWS15)　2015年11月2日

  50. Development of a self-buildup stacking cavity for laser-Compton sources 国際会議

    Yuuki Uesugi

    The Asian Linear Collider workshop 2015 (ALCW2015)　2015年4月19日

  51. Toward High-Power Storage and High-Enhancement Factor 国際会議

    Yuuki Uesugi

    The 9th International Workshop on Polarized Positrons, Gamma-rays and X-rays （Posipol 2014）　2014年

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産業財産権 2

  1. 電子ビーム変調装置及び電子ビーム変調方法

    上杉祐貴, 佐藤俊一, 小澤祐市

    産業財産権の種類: 特許権

  2. 電子ビーム変調装置及び電子ビーム変調方法

    上杉祐貴, 佐藤俊一, 小澤祐市

    産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 16

  1. 光技術で革新する電子光学の探究と展開

    上杉 祐貴

    2024年4月 ～ 2031年3月

  2. レーザー・電子光学融合で挑む未来材料研究のための電子顕微鏡開

    上杉祐貴

    2025年6月 ～ 2030年3月

  3. 二色Kapitza-Dirac効果の検証と探求

    上杉 祐貴

    2025年6月27日 ～ 2027年3月31日

  4. 単粒子X線イメージング用グラフェン支持膜のフェムト秒レーザークリーニング

    鈴木 明大, 上杉 祐貴, 山崎 憲慈

    2023年4月 ～ 2025年3月

  5. ナノスケール分解能を有する極限レーザー薄膜加工の実現

    上杉 祐貴

    2022年9月 ～ 2025年3月

  6. しきい値近傍アブレーションによる非侵襲レーザー微細加工

    上杉 祐貴

    2022年9月 ～ 2024年9月

  7. 自発共鳴10MW光蓄積レーザー空洞による高品質偏光X線生成

    大森 恒彦, 高橋 徹, 上杉 祐貴, 鷲尾 方一, 照沼 信浩, Aryshev Alexander, 保坂 勇志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：High Energy Accelerator Research Organization

    2019年4月1日 ～ 2024年3月31日

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    レーザー・電子衝突により逆コンプン散乱で生成されるX線/γ線は準単色性、偏光制御、エネルギー可変など優れた特徴を持つ。レーザー光を 光共振器空洞中に蓄積し、元の強度を何桁も上回る高強度のレーザー光を作る事ができる。そこに電子ビームを通し衝突させX線/γ線を生成する。我々は、(1) 自発共鳴・レーザー発振蓄積空洞、(2) 4枚ミラー空洞、(3)バーストアンプ技術、この3つを融合し大強度蓄積と極小スポットを同時に実現する究極の蓄積空洞を開発する。これを小型加速器と組み合わせ高品質・大強度X線を発生し、従来大型の放射光施設でのみ可能であった高度なX線イメージングを小型の装置で実現することが本研究の目的・概要である。 2019年度は自発共鳴・レーザー発振光蓄積空洞の高性能化のための基礎研究を行った。具体的には小型の大気中試作空洞を用いて、高フィネス化、パルス化の２つの研究を並行して行った。特に高フィネス化、パルス化がレーザー発振の安定性と両立する条件を研究した。これと関連して光蓄積空洞のモード、モード間の関係が安定性に及ぼす影響を研究し、その重要性について理解を深めた。本光蓄積空洞の加速器への組み込みをめざして加速器との同期の方式について検討を行った。

  8. 光子-電子誘導非線形散乱による新規光学技術の創出

    上杉 祐貴

    2020年11月 ～ 2024年3月

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    一般に光と自由電子の散乱はトムソン断面積で決まる反応確率の小さな現象ですが、誘導効果を利用することで効率的に散乱が生じ、実用的な応用展開が期待できます。本研究ではレーザー光による電子顕微鏡用素子の開発や、自由電子を媒質とする非線形光学効果の実証に取り組みます。これらを通して、光と自由電子の誘導散乱過程を利用した全く新しい光科学技術の創出を目指します。

  9. 原子分解能走査型電子顕微鏡を目指したレーザー定在波による革新的収差補正装置の実現

    上杉 祐貴

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2020年4月1日 ～ 2023年3月31日

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    レーザー（光ビーム）を使った電子ビームの空間変調作用，特にレンズ作用を実現するために，本年度は主に理論的な検討に注力した．本研究の基盤となる物理過程である光と自由電子の誘導非線形相互作用「Kapitza-Dirac効果」は，古典的には電磁波中の自由電子に働くポンデロモーティブ力に対応する．過去のKapitza-Dirac効果およびポンデロモーティブ力による電子変調効果の研究では，レーザーと電子ビームが直交する条件のみが考慮されてきた．電子顕微鏡やその他の電子イメージング技術への応用を目指す上では，電子ビームへの変調作用はビーム軸に対して回転対称であることが望ましい． しかし，単にレーザーと電子ビームを同軸に配置しても空間変調作用は発生しない．これは電子ビームに対して回転対称なポンデロモーティブ力を発生するには軸方向の電場または磁場成分が必要となるからである． この問題を解決するために，軸対称に偏光が分布するベクトルビームと呼ばれるレーザーを，集光角の大きな（高NAの）対物レンズで強く集光し，電子ビーム軸上に軸方向成分の場を発生する手法を考案した．この手法の有効性を検証するために，近軸近似の成り立たない大角度領域のレーザー伝搬を計算するコードと，それによって導いた集光場からポンデロモーティブ力場を計算し，その場中の電子軌道をシミュレートするコードを開発した．これを用いて，集光したベクトルビームが電子ビームに対して凸レンズまたは凹レンズとして作用すること，および凸レンズ作用の場合に球面収差が負になることを示した．上記の結果により特許申請を行い，また論文として内容をまとめた． 上記の課題に並行して，高強度の光場を形成可能なレーザー蓄積共振器の開発に取り組んだ．その結果，複数の光学メーカーの低損失鏡を用いて，それぞれで蓄積増大係数が10万倍以上の共振器を構築することに成功した．

  10. フェムト秒レーザーによるナノ薄膜加工と高品質な電子位相ホログラムの実現 競争的資金

    上杉 祐貴

    2019年12月 ～ 2022年3月

  11. Kapitza-Dirac 効果による自由電子光パラメトリック発生 競争的資金

    上杉 祐貴

    2018年12月 ～ 2020年11月

  12. 自立安定性を備えた光共振器による微量水分計の開発

    上杉 祐貴

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関：Tohoku University

    2017年4月1日 ～ 2020年3月31日

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    本研究において自立安定性を備えたフィードバックフリー共振器(FFC)を共振器増幅吸収分光法に適用するための基礎的な装置開発および検討を行った．低フィネス共振器を用いたFFCにおいて，縦シングルモード発振による単一周波数レーザーの自立安定な光共振器内への蓄積動作を初めて実現することができた．同時に，モードホップの後にも発振波長が特定の2波長に限定されるという特徴的な現象が見いだされた．この系の解析は光工学の観点からも興味深い課題である．FFCのモード同期化による光コム分光法への応用については，その実現性は今のところ技術的な課題が多く困難であることが示唆された．

  13. 高品質光渦レーザーによる電子線波面の制御

    上杉 祐貴

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

    研究種目：Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

    研究機関：Tohoku University

    2016年8月26日 ～ 2018年3月31日

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    電子渦生成のためのホログラムをレーザー干渉を用いて作製するための基盤技術の開発を行った．そのために，フォトリソグラフィーに用いる紫外波長領域の光渦光源の開発と，波長1μm領域のフェムト秒レーザーを用いたレーザー干渉加工の実証の，2つを行った． まずHe-Cdガスレーザーに点欠陥ミラーを導入して紫外波長領域の光渦光源を開発した．He-Cdレーザーは442 nmの青色と325 nmの紫外光の2つの波長で発振する．442 nmでは比較的品質の良い光渦を生成することに成功しが，325 nmではLG01モードの比率が低かった．複数の点欠陥ミラーを設計してLG01モード比の変化を系統的に観察したが大きな改善は得られなかった．考察の後，品質を制限する要因がHc-Cdガスの放電管の設計に依っていることが判かった．LG01モードの光渦をマッハチェンダー干渉計に導いてチャージ2の位相特異点を有するフォーク型の干渉縞が生成できることを確認した．計画ではガウスビームとLG01モードの光渦を用いてチャージ1のパターン生成を目指しているため，周波数位相同期して干渉に利用するためのHe-Cdガスレーザーをもう1台導入するかどうか，検討が必要である． 並行して，パルスエネルギー40uJのフェムト秒レーザーを用いてレーザー干渉加工によりホログラムを作製することを試みた．レーザーを分岐した後に片方のビームを空間位相変調器を用いてLG01モードの光渦に変換した．光渦，ガウシアンビーム，試料表面のための観察系の3つの光学系を組み合わせたレーザー加工光学系を設計し，2つのビームの焦点と照射位置，および光学遅延器を用いて時間同期を行い，レーザー干渉加工を行った．その結果，シリコン試料の表面にフォーク状の干渉模様を加工することに成功した．今後は加工パターンの精度向上が課題である．

  14. 光波から電子波への波面転写

    佐藤 俊一, 中村 貴宏, 小澤 祐市, 上杉 祐貴

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    本研究は、光の領域で確立された波面制御技術を電子波へ転写する基盤技術の確立を目指したもので、光波から電子波への転写は、光ビームを用いて作製するホログラムを介して行うこととした。そのために、光の波面と強度分布を精密に制御する技術を新たに開発した。これをレーザーマイクロ加工に適用し、電子渦発生用のホログラムを作製した。このホログラムは光の干渉パターンを反映しているため、位相変調が加わっている点が大きな特徴のひとつであり、電子波への変換効率が大きく改善できると期待される。

  15. 増倍率２万倍の自発的共鳴型・レーザー光発振蓄積空洞による高強度ガンマ線源の実現

    大森 恒彦, 本田 洋介, 高橋 徹, 鷲尾 方一, 保坂 勇志, 上杉 祐貴, 浦川 順治, 坂上 和之, 田中 龍太

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：High Energy Accelerator Research Organization

    2013年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    レーザー増幅器とレーザー光蓄積空洞を光学的に一体とし、 共鳴状態を実現する波長を系が自発的に選択する全く新しい着想の「自発的共鳴型・レーザー発振蓄積空洞」を開発した。CW発振にて約19万倍という非常に高い増倍率をもつ光共鳴蓄積空洞の動作に成功し、自発的な共鳴・発振を確認 した。約 19 万倍という非常な高増倍率にもかかわらず、自発共鳴・発振のための一切のフィードバック制御は不要でり自発共鳴・発振というコンセプの正しさを実証できた。またモートドロックパルス化の研究も行い、まだ増倍率の低い状態ではあるが自発的な共鳴・発振の確認に成功した。

  16. 逆コンプトン散乱によるＩＬＣのための高強度偏極陽電子源の開発

    上杉 祐貴

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    研究機関：Hiroshima University

    2014年4月25日 ～ 2016年3月31日

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    光蓄積共振器の共鳴制御を原理的に必要としない新しいレーザー蓄積システム「自発共鳴型光蓄積共振器」の開発を行った。出力330 mWのLDで励起したYb添加ファイバーを用いてレーザー増幅器を構築し、長さ208 mmの筐体に反射率99.999515±0.000002%の鏡を取り付け、フィネス646,000±3,000の光共振器を構築した。これらを用いて自発共鳴型光共振器を構築した結果、蓄積増大率187,000±1,000倍、蓄積強度2.52±0.01 kW、強度揺らぎ1.7 %でレーザー光の蓄積を達成した。これまでに我々が達成した蓄積増大率は1,280倍であり、2桁以上の性能向上を達成したことになる。 レーザー光を蓄積している状態で共振器のフィネスを測定したところ、自己共鳴状態の揺らぎなどの性能を含んだ実効的なフィネスの値として394,000±10,000を得た。このフィネスの光共振器を1.7 %の強度揺らぎで安定化するためには、共振器長に換算して160 fmの制御精度が必要である。この制御精度は従来のフィードバック制御方式では達成困難な値であり、自発共鳴型共振器の有用性を示している。またレーザー光の蓄積および光共振器の共鳴の維持は2時間以上にわたって安定しており、故意に大きな外乱を与えて共鳴状態を崩しても、その後すぐにレーザー光の蓄積が復帰するなど非常に安定なシステムであった。これは、従来のフィードバック制御系を用いる方式が空調の変化や筐体の温度ドリフトで容易に破綻するのに比べると、際立った安定度である。 現在、レーザー発振のモード同期パルス化の試験も並行して進めている。これにより安定なピコ秒パルスレーザー光の蓄積が達成できれば、高フィネスの光共振器を用いて大強度蓄積の試験を行い、その後、高エネルギー加速器研究機構のATF加速器に組み込んでガンマ線生成実験を行う予定である。

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