JP2000173446A - 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 - Google Patents
電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テラヘルツ帯を中心とするサブミリ波帯から
遠赤外帯域までの広い帯域内の任意の周波数で変調され
た電子ビームを効率良く発生することができる構成が簡
単で小型な電界放射陰極および電磁波発生装置を提供す
る。 【解決手段】 陰極部材１１の表面にアレイ状に設けた
針状突起１１ａへレーザ光源１２から極短パルスのレー
ザ光または周波数の異なる２つのレーザ光を照射して励
起される電子を、陰極部材とゲート電極１４との間に接
続した電界放射用直流電源１５による強電界での量子力
学的トンネル効果によって陰極表面から放射させる。こ
の電子ビームを、高周波回路において電磁波と相互作用
させて電磁波を発生させる。陰極部材１１の表面は、光
励起により伝導帯への電子励起が可能なＰ型半導体およ
び真性半導体、電子の空間的選択励起が可能な半導体ヘ
テロ構造、量子井戸および超格子、照射光源のエネルギ
ーによる選択励起が可能な量子ドット、フラーレン、炭
素ナノチューブなどの低次元超構造で構成できる。
遠赤外帯域までの広い帯域内の任意の周波数で変調され
た電子ビームを効率良く発生することができる構成が簡
単で小型な電界放射陰極および電磁波発生装置を提供す
る。 【解決手段】 陰極部材１１の表面にアレイ状に設けた
針状突起１１ａへレーザ光源１２から極短パルスのレー
ザ光または周波数の異なる２つのレーザ光を照射して励
起される電子を、陰極部材とゲート電極１４との間に接
続した電界放射用直流電源１５による強電界での量子力
学的トンネル効果によって陰極表面から放射させる。こ
の電子ビームを、高周波回路において電磁波と相互作用
させて電磁波を発生させる。陰極部材１１の表面は、光
励起により伝導帯への電子励起が可能なＰ型半導体およ
び真性半導体、電子の空間的選択励起が可能な半導体ヘ
テロ構造、量子井戸および超格子、照射光源のエネルギ
ーによる選択励起が可能な量子ドット、フラーレン、炭
素ナノチューブなどの低次元超構造で構成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放射する陰
極、特に光照射によって励起された電子を電界の作用で
放射させる電界放射陰極およびこのような電界放射陰極
を具える電磁波発生装置に関するものである。
極、特に光照射によって励起された電子を電界の作用で
放射させる電界放射陰極およびこのような電界放射陰極
を具える電磁波発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電磁波を発生する手段としては、
電子ビームデバイス、半導体デバイスおよびレーザが用
いられている。電子ビームデバイスとしては、例えばマ
イクロ波電子管が知られている。このマイクロ波電子管
は、電子ビームをマイクロ波の周期に比べて長い時間走
行させてマイクロ波エネルギーを得るものであり、一般
に高出力を必要とする場合に用いられており、マグネト
ロンやクライストロンなどが知られている。半導体デバ
イスは、半導体中を走行する電子の変調によって電磁波
を発生するものである。また、レーザは一般に光波を発
生するものであるが、赤外レーザも用いられている。
電子ビームデバイス、半導体デバイスおよびレーザが用
いられている。電子ビームデバイスとしては、例えばマ
イクロ波電子管が知られている。このマイクロ波電子管
は、電子ビームをマイクロ波の周期に比べて長い時間走
行させてマイクロ波エネルギーを得るものであり、一般
に高出力を必要とする場合に用いられており、マグネト
ロンやクライストロンなどが知られている。半導体デバ
イスは、半導体中を走行する電子の変調によって電磁波
を発生するものである。また、レーザは一般に光波を発
生するものであるが、赤外レーザも用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電磁波
発生装置の内、電子ビームデバイスは高出力、高効率を
有するという特長があるが、発生する電磁波の波長が短
くなると、デバイスを構成する回路構造が小さくなるこ
と、電子ビームの変調が困難になること、デバイスの規
模が大きくなることなどの欠点がある。
発生装置の内、電子ビームデバイスは高出力、高効率を
有するという特長があるが、発生する電磁波の波長が短
くなると、デバイスを構成する回路構造が小さくなるこ
と、電子ビームの変調が困難になること、デバイスの規
模が大きくなることなどの欠点がある。
【０００４】また、半導体デバイスを用いる電磁波発生
装置では、半導体中の電子の走行速度が遅いため、ミリ
波帯以下の実用的な電磁波発生装置は開発されていな
い。また、レーザを用いた電磁波発生装置では、発生さ
れる電磁波は光波帯が中心であり、遠赤外光の発生に
は、光励起のガスレーザによるなど、装置が大掛かりと
なるとともに発生電磁波が離散的となる欠点がある。こ
のため、テラヘルツ(THz)帯（波長３００μm 以下）の
実用的な電磁波発生装置は開発されていない。
装置では、半導体中の電子の走行速度が遅いため、ミリ
波帯以下の実用的な電磁波発生装置は開発されていな
い。また、レーザを用いた電磁波発生装置では、発生さ
れる電磁波は光波帯が中心であり、遠赤外光の発生に
は、光励起のガスレーザによるなど、装置が大掛かりと
なるとともに発生電磁波が離散的となる欠点がある。こ
のため、テラヘルツ(THz)帯（波長３００μm 以下）の
実用的な電磁波発生装置は開発されていない。
【０００５】一方、近年キャリア寿命の短い半導体に極
短パルス光を照射する方法や、周波数の異なる２つの光
を照射する光混合法によってテラヘルツ帯の電磁波を発
生させることが報告されている。しかしながら、発生さ
れる電磁波はマイクロワット以下の微弱な電力に止まっ
ており、実用的でない欠点がある。
短パルス光を照射する方法や、周波数の異なる２つの光
を照射する光混合法によってテラヘルツ帯の電磁波を発
生させることが報告されている。しかしながら、発生さ
れる電磁波はマイクロワット以下の微弱な電力に止まっ
ており、実用的でない欠点がある。
【０００６】したがって、本発明の目的は、テラヘルツ
帯を中心とするサブミリ波帯から遠赤外帯域までの広い
帯域内の任意の周波数で変調された電子ビームを効率良
く発生することができ、しかも構成が簡単で小型な電界
放射陰極を提供しようとするものである。本発明の他の
目的は、このような電界放射陰極から発生される電子ビ
ームとの相互作用によって、テラヘルツ帯を中心とする
サブミリ波帯から遠赤外帯域までの広帯域に亘って周波
数を変えることができる電磁波を高い効率で発生するこ
とができ、しかも構成が簡単で小型な電磁波発生装置を
提供しようとするものである。
帯を中心とするサブミリ波帯から遠赤外帯域までの広い
帯域内の任意の周波数で変調された電子ビームを効率良
く発生することができ、しかも構成が簡単で小型な電界
放射陰極を提供しようとするものである。本発明の他の
目的は、このような電界放射陰極から発生される電子ビ
ームとの相互作用によって、テラヘルツ帯を中心とする
サブミリ波帯から遠赤外帯域までの広帯域に亘って周波
数を変えることができる電磁波を高い効率で発生するこ
とができ、しかも構成が簡単で小型な電磁波発生装置を
提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による電界放射陰
極は、陰極部材と、この陰極部材の表面への光照射によ
って電子を励起する光源手段と、前記陰極部材の表面と
対向して配置されたゲート電極と、前記陰極部材とゲー
ト電極との間に接続され、光照射によって励起された電
子を、量子力学的トンネル効果によって陰極表面から放
射させるための電界を印加する電界放射用直流電源とを
具えることを特徴とするものである。
極は、陰極部材と、この陰極部材の表面への光照射によ
って電子を励起する光源手段と、前記陰極部材の表面と
対向して配置されたゲート電極と、前記陰極部材とゲー
ト電極との間に接続され、光照射によって励起された電
子を、量子力学的トンネル効果によって陰極表面から放
射させるための電界を印加する電界放射用直流電源とを
具えることを特徴とするものである。
【０００８】本発明による電界放射陰極においては、前
記陰極部材の表面を針状のアレイを以て構成するのが好
適である。また、前記陰極部材の少なくとも表面は、光
励起により伝導帯への電子励起が可能なＰ型半導体およ
び真性半導体、電子の空間的選択励起が可能な半導体ヘ
テロ構造、量子井戸および超格子、および照射光源のエ
ネルギーによる選択励起が可能な量子ドット、フラーレ
ン、炭素ナノチューブなどの低次元超構造の何れかを以
て構成することができる。
記陰極部材の表面を針状のアレイを以て構成するのが好
適である。また、前記陰極部材の少なくとも表面は、光
励起により伝導帯への電子励起が可能なＰ型半導体およ
び真性半導体、電子の空間的選択励起が可能な半導体ヘ
テロ構造、量子井戸および超格子、および照射光源のエ
ネルギーによる選択励起が可能な量子ドット、フラーレ
ン、炭素ナノチューブなどの低次元超構造の何れかを以
て構成することができる。
【０００９】また、本発明による電界放射陰極から変調
パルス電子ビームを発生させるには、極短パルスのレー
ザ光を陰極部材に照射するか、周波数の異なる２つのレ
ーザ光を陰極部材に照射することができる。前者の場合
には、極短パルスの繰り返し周波数に等しい周期でピコ
秒以下の極短パルス電子ビームを発生させることがで
き、後者の場合には、２つのレーザ光の周波数の差の周
波数、すなわちビート周波数の電子ビームを発生させる
ことができる。
パルス電子ビームを発生させるには、極短パルスのレー
ザ光を陰極部材に照射するか、周波数の異なる２つのレ
ーザ光を陰極部材に照射することができる。前者の場合
には、極短パルスの繰り返し周波数に等しい周期でピコ
秒以下の極短パルス電子ビームを発生させることがで
き、後者の場合には、２つのレーザ光の周波数の差の周
波数、すなわちビート周波数の電子ビームを発生させる
ことができる。
【００１０】さらに本発明による電磁波発生装置は、上
述した電界放射陰極と、この電界放射陰極から放射され
る変調電子ビームとの相互作用によって電磁波を効率良
く発生する電磁波発生手段とを具えることを特徴とする
ものである。
述した電界放射陰極と、この電界放射陰極から放射され
る変調電子ビームとの相互作用によって電磁波を効率良
く発生する電磁波発生手段とを具えることを特徴とする
ものである。
【００１１】本発明による電磁波発生装置においては、
前記励起光を発生する光源手段を、極短パルスのレーザ
光を発生するように構成し、前記電磁波発生手段には、
極短パルスの電子ビームと相互作用する高周波回路を設
けることができる。
前記励起光を発生する光源手段を、極短パルスのレーザ
光を発生するように構成し、前記電磁波発生手段には、
極短パルスの電子ビームと相互作用する高周波回路を設
けることができる。
【００１２】或いはまた、前記励起光を発生する光源手
段を、２周波数のレーザ光を発生するように構成し、前
記電磁波発生手段には、前記陰極部材の表面から放射さ
れる電子ビームと電磁波との相互作用場を構成するよう
に、電子ビームの通路を挟んで互いに対向して配置され
た周期構造体および反射板を設けることができる。さら
に、前記電子ビームと電磁波との相互作用場を透過した
電子ビームを補足する集電極を設け、この集電極に、前
記周期構造体よりも低い電位を与えるのが好適である。
このように構成すると、相互作用後の電子ビームの運動
エネルギーの一部を回収することができ、したがって電
磁波発生の効率をさらに高くすることができる。
段を、２周波数のレーザ光を発生するように構成し、前
記電磁波発生手段には、前記陰極部材の表面から放射さ
れる電子ビームと電磁波との相互作用場を構成するよう
に、電子ビームの通路を挟んで互いに対向して配置され
た周期構造体および反射板を設けることができる。さら
に、前記電子ビームと電磁波との相互作用場を透過した
電子ビームを補足する集電極を設け、この集電極に、前
記周期構造体よりも低い電位を与えるのが好適である。
このように構成すると、相互作用後の電子ビームの運動
エネルギーの一部を回収することができ、したがって電
磁波発生の効率をさらに高くすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による電界放射陰
極を具える本発明による電磁波発生装置の一例を示す線
図であり、図２は同じくその線図的な斜視図である。本
例では、一方の表面に多数の針状の突起１１ａを１次元
的に配列したアレイを有する陰極部材１１を設け、その
表面にレーザ光源１２からレーザ光を照射する。レーザ
光源１２にはレーザ駆動回路１３を接続し、パルス幅が
サブピコ秒またはそれ以下の極短パルスでレーザ光源を
駆動する。レーザ光源１２からこのような極短パルス光
を発生させ、これを陰極部材１１の針状突起１１ａの表
面に照射することによって、突起表面で電子が光励起さ
れる。
極を具える本発明による電磁波発生装置の一例を示す線
図であり、図２は同じくその線図的な斜視図である。本
例では、一方の表面に多数の針状の突起１１ａを１次元
的に配列したアレイを有する陰極部材１１を設け、その
表面にレーザ光源１２からレーザ光を照射する。レーザ
光源１２にはレーザ駆動回路１３を接続し、パルス幅が
サブピコ秒またはそれ以下の極短パルスでレーザ光源を
駆動する。レーザ光源１２からこのような極短パルス光
を発生させ、これを陰極部材１１の針状突起１１ａの表
面に照射することによって、突起表面で電子が光励起さ
れる。
【００１４】このようにレーザ光の照射によって陰極部
材１１の針状突起１１ａから電子を効率よく光励起する
ために、陰極部材１１の材料としては、光照射により伝
導帯への電子励起が可能な、Ｐ型半導体または真性半導
体、電子の空間的な選択励起を可能とする半導体ヘテロ
構造、量子井戸または超格子、照射光源のエネルギーに
よる選択励起を可能とする量子ドット、フラーレン、炭
素ナノチューブなどの低次元超構造を用いることができ
る。また、陰極部材１１の針状突起１１ａは、２次元的
に配列することもできる。いずれにしても、複数の針状
突起１１ａを配列することによって電子ビーム発生効率
を高めることができる。
材１１の針状突起１１ａから電子を効率よく光励起する
ために、陰極部材１１の材料としては、光照射により伝
導帯への電子励起が可能な、Ｐ型半導体または真性半導
体、電子の空間的な選択励起を可能とする半導体ヘテロ
構造、量子井戸または超格子、照射光源のエネルギーに
よる選択励起を可能とする量子ドット、フラーレン、炭
素ナノチューブなどの低次元超構造を用いることができ
る。また、陰極部材１１の針状突起１１ａは、２次元的
に配列することもできる。いずれにしても、複数の針状
突起１１ａを配列することによって電子ビーム発生効率
を高めることができる。
【００１５】陰極部材１１と対向してゲート電極１４を
配置し、陰極部材とゲート電極との間には第１の直流電
源１５を接続する。このゲート電極１４は金属層より形
成されており、この金属層には、陰極部材１１の針状突
起１１ａに対向した位置に開口１４ａが形成されてい
る。第１の直流電源１５によって陰極部材１１の表面の
針状の突起１１ａに強電界が形成され、この電界の作用
によって針状の突起表面から電子が放射されるので、こ
の第１の直流電源を電界放射用直流電源とも称する。
配置し、陰極部材とゲート電極との間には第１の直流電
源１５を接続する。このゲート電極１４は金属層より形
成されており、この金属層には、陰極部材１１の針状突
起１１ａに対向した位置に開口１４ａが形成されてい
る。第１の直流電源１５によって陰極部材１１の表面の
針状の突起１１ａに強電界が形成され、この電界の作用
によって針状の突起表面から電子が放射されるので、こ
の第１の直流電源を電界放射用直流電源とも称する。
【００１６】図面では、陰極部材１１の針状突起１１ａ
の先端はゲート電極１４の開口１４ａから外方へ突出し
ていないが、本発明によれば突起の先端は開口から突出
させるようにしても何ら問題はない。すなわち、陰極部
材１１とゲート電極１４との間に接続された第１の直流
電源１５によって針状の突起１１ａに強電界が作用する
ようなものであれば、どのような構成でも良い。
の先端はゲート電極１４の開口１４ａから外方へ突出し
ていないが、本発明によれば突起の先端は開口から突出
させるようにしても何ら問題はない。すなわち、陰極部
材１１とゲート電極１４との間に接続された第１の直流
電源１５によって針状の突起１１ａに強電界が作用する
ようなものであれば、どのような構成でも良い。
【００１７】このようにして、陰極部材１１の針状突起
１１ａの表面から放射される電子は、ゲート電極１４
と、このゲート電極と対向して配置された加速電極１６
との間に接続された第２の直流電源１７によって加速さ
れる。この第２の直流電源１７は、陰極部材１１の表面
から放射される電子を加速するものであるから、加速用
直流電源とも称する。このようにして、陰極部材１１の
表面から加速電極１６へ向けて電子ビーム１８が放射さ
れる。この電子ビームは、レーザ光源１２による極短パ
ルスレーザ光によって励起されるものであるので、この
極短パルスレーザ光によって変調されたものとなる。
１１ａの表面から放射される電子は、ゲート電極１４
と、このゲート電極と対向して配置された加速電極１６
との間に接続された第２の直流電源１７によって加速さ
れる。この第２の直流電源１７は、陰極部材１１の表面
から放射される電子を加速するものであるから、加速用
直流電源とも称する。このようにして、陰極部材１１の
表面から加速電極１６へ向けて電子ビーム１８が放射さ
れる。この電子ビームは、レーザ光源１２による極短パ
ルスレーザ光によって励起されるものであるので、この
極短パルスレーザ光によって変調されたものとなる。
【００１８】本発明による電磁波発生装置においては、
上述したようにして陰極部材１１の表面から発生される
変調電子ビーム１８を、ゲート電極１４と加速電極１６
で構成される高周波回路内に導いて電磁波を発生させ、
この電磁波と変調電子ビームとを相互作用させることに
よって、テラヘルツ帯に及ぶ高い周波数の電磁波を発生
させている。このとき、目的とする電磁波の周波数に合
わせて、ゲート電極１４と加速電極１６との間を走行す
る電子ビームの走行時間を調整することによって発生す
る電磁波の電力を大きくすることができる。この目的の
ために、加速用の第２の直流電源１７を可変とする。ま
た本例では、加速電極１６は電子ビームの集電極として
の機能をも有しており、電磁波との相互作用後の電子ビ
ームを回収している。
上述したようにして陰極部材１１の表面から発生される
変調電子ビーム１８を、ゲート電極１４と加速電極１６
で構成される高周波回路内に導いて電磁波を発生させ、
この電磁波と変調電子ビームとを相互作用させることに
よって、テラヘルツ帯に及ぶ高い周波数の電磁波を発生
させている。このとき、目的とする電磁波の周波数に合
わせて、ゲート電極１４と加速電極１６との間を走行す
る電子ビームの走行時間を調整することによって発生す
る電磁波の電力を大きくすることができる。この目的の
ために、加速用の第２の直流電源１７を可変とする。ま
た本例では、加速電極１６は電子ビームの集電極として
の機能をも有しており、電磁波との相互作用後の電子ビ
ームを回収している。
【００１９】上述した図１に示す実施例の変形例とし
て、加速電極１６を金属メッシュのような電子ビームを
透過できる構造とし、この加速電極を透過した電子ビー
ムと相互作用する高周波回路を、加速電極の外側に配置
することもできる。ただし、この場合には、相互作用後
の電子ビームを回収するための集電極を別個に設ける必
要があるが、この集電極に前記加速電極よりも低い電位
を与えて、相互作用後の電子ビームの運動エネルギーの
一部を回収することができ、電磁波発生の効率を高くす
ることができると共に高周波回路の設計の自由度が大き
くなる。
て、加速電極１６を金属メッシュのような電子ビームを
透過できる構造とし、この加速電極を透過した電子ビー
ムと相互作用する高周波回路を、加速電極の外側に配置
することもできる。ただし、この場合には、相互作用後
の電子ビームを回収するための集電極を別個に設ける必
要があるが、この集電極に前記加速電極よりも低い電位
を与えて、相互作用後の電子ビームの運動エネルギーの
一部を回収することができ、電磁波発生の効率を高くす
ることができると共に高周波回路の設計の自由度が大き
くなる。
【００２０】図２は、本発明による電磁波発生装置の他
の実施例を示す線図である。本例において、前例と同じ
部分には同じ符号を付けて示した。本例で使用する電界
放射陰極の構成および動作は、図１に示した実施例と同
様であり、その詳細な説明は省略する。本例では、陰極
部材１１の１次元状に配列された針状突起１１ａに極短
レーザパルス光を照射することによって励起される電子
を、突起に作用する強電界によって放射させて生成され
る電子ビーム１８を、第２の直流電源１７によって加速
し、周期構造２０と、これと対向して配置された反射板
２１とで構成されるファブリ・ペロー共振器に導き、こ
こで発生される電磁界との相互作用によってテラヘルツ
オーダーの高周波数の電磁波を発生させる。このように
して発生させた電磁波は、反射板２１にあけた開口２１
ａを経て外部へ導くことができる。また、電磁波との相
互作用を行った後の電子ビーム１８は、集電極２２に流
入するが、このとき第３の直流電源２３によって、集電
極２３に周期構造２０よりも低い電位を与えることによ
り、相互作用後の電子ビームの運動エネルギーの一部を
回収することができ、電磁波発生効率を高めることがき
る。
の実施例を示す線図である。本例において、前例と同じ
部分には同じ符号を付けて示した。本例で使用する電界
放射陰極の構成および動作は、図１に示した実施例と同
様であり、その詳細な説明は省略する。本例では、陰極
部材１１の１次元状に配列された針状突起１１ａに極短
レーザパルス光を照射することによって励起される電子
を、突起に作用する強電界によって放射させて生成され
る電子ビーム１８を、第２の直流電源１７によって加速
し、周期構造２０と、これと対向して配置された反射板
２１とで構成されるファブリ・ペロー共振器に導き、こ
こで発生される電磁界との相互作用によってテラヘルツ
オーダーの高周波数の電磁波を発生させる。このように
して発生させた電磁波は、反射板２１にあけた開口２１
ａを経て外部へ導くことができる。また、電磁波との相
互作用を行った後の電子ビーム１８は、集電極２２に流
入するが、このとき第３の直流電源２３によって、集電
極２３に周期構造２０よりも低い電位を与えることによ
り、相互作用後の電子ビームの運動エネルギーの一部を
回収することができ、電磁波発生効率を高めることがき
る。
【００２１】本例では、発生する電磁波の周波数は、上
述した実施例と同様に、加速用の第２の直流電源１７の
電圧を調整して周期構造２０上を走行する電子の速度を
調整したり、ファブリ・ペロー共振器を構成する周期構
造２０と反射板２１との間隔を調整することによて所望
の周波数とすることができる。また、陰極部材１１を２
つの極短レーザパルス光で照射してそれらの差の周波数
の変調電子ビームを発生させる場合には、照射する一方
のレーザ光の周波数を調整することによって発生する電
磁波の周波数を広範囲に亘って調整することができる。
述した実施例と同様に、加速用の第２の直流電源１７の
電圧を調整して周期構造２０上を走行する電子の速度を
調整したり、ファブリ・ペロー共振器を構成する周期構
造２０と反射板２１との間隔を調整することによて所望
の周波数とすることができる。また、陰極部材１１を２
つの極短レーザパルス光で照射してそれらの差の周波数
の変調電子ビームを発生させる場合には、照射する一方
のレーザ光の周波数を調整することによって発生する電
磁波の周波数を広範囲に亘って調整することができる。
【００２２】
【発明の効果】上述した本発明による電界放射陰極は、
陰極部材の表面への光照射によって電子を励起させ、こ
の電子を、量子力学的トンネル効果によって陰極表面か
ら放射させる電界放射用直流電源を設けたものであるの
で、テラヘルツ帯を中心とするサブミリ波帯から遠赤外
帯域までの広い帯域内の任意の周波数で変調された電子
ビームを効率良く発生することができ、しかも構成が簡
単で小型となる。
陰極部材の表面への光照射によって電子を励起させ、こ
の電子を、量子力学的トンネル効果によって陰極表面か
ら放射させる電界放射用直流電源を設けたものであるの
で、テラヘルツ帯を中心とするサブミリ波帯から遠赤外
帯域までの広い帯域内の任意の周波数で変調された電子
ビームを効率良く発生することができ、しかも構成が簡
単で小型となる。
【００２３】さらに、本発明による電磁波発生装置で
は、上述した電界放射陰極と、この電界放射陰極から放
射される変調電子ビームとの相互作用によって電磁波を
効率良く発生する電磁波発生手段とを設けたものである
ので、電界放射陰極から発生される電子ビームとの相互
作用によって、テラヘルツ帯を中心とするサブミリ波帯
から遠赤外帯域までの広帯域に亘って周波数を制御する
ことができる電磁波を高い効率で発生することができ、
しかも構成が簡単で小型となる。
は、上述した電界放射陰極と、この電界放射陰極から放
射される変調電子ビームとの相互作用によって電磁波を
効率良く発生する電磁波発生手段とを設けたものである
ので、電界放射陰極から発生される電子ビームとの相互
作用によって、テラヘルツ帯を中心とするサブミリ波帯
から遠赤外帯域までの広帯域に亘って周波数を制御する
ことができる電磁波を高い効率で発生することができ、
しかも構成が簡単で小型となる。
【図１】図１は、本発明による電界放射陰極を有する電
磁波発生装置の一例の構成を示す線図である。
磁波発生装置の一例の構成を示す線図である。
【図２】図２は、同じくその線図的な斜視図である。
【図３】図３は、本発明による電界放射陰極を有する電
磁波発生装置の他の例の構成を示す線図である。
磁波発生装置の他の例の構成を示す線図である。
【図４】図４は、同じくその線図的な斜視図である。
１１ 陰極部材１１、 １１ａ 針状突起、 １２ レ
ーザ光源１２、 １３レーザ駆動回路１３、 １４ ゲ
ート電極、 １４ａ 開口、 １５ 第１の直流電源
（電界放射用直流電源）、 １６ 加速電極、 １７
第２の直流電源（加速用直流電源）、 １８ 電子ビー
ム１８、 ２０ 周期構造、 ２１ 反射板、 ２１ａ
開口、 ２２ 集電極、 ２３ 第３の直流電源
ーザ光源１２、 １３レーザ駆動回路１３、 １４ ゲ
ート電極、 １４ａ 開口、 １５ 第１の直流電源
（電界放射用直流電源）、 １６ 加速電極、 １７
第２の直流電源（加速用直流電源）、 １８ 電子ビー
ム１８、 ２０ 周期構造、 ２１ 反射板、 ２１ａ
開口、 ２２ 集電極、 ２３ 第３の直流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｂ 9/01 Ｈ０３Ｂ 9/01
Claims (13)
- 【請求項１】 陰極部材と、この陰極部材の表面への光
照射によって電子を励起する光源手段と、前記陰極部材
の表面と対向して配置されたゲート電極と、前記陰極部
材とゲート電極との間に接続され、光照射によって励起
された電子を、量子力学的トンネル効果によって陰極表
面から放射させるための電界を印加する電界放射用直流
電源とを具える電界放射陰極。 - 【請求項２】 前記陰極部材の表面をアレイ状に形成し
た請求項１に記載の電界放射陰極。 - 【請求項３】 前記陰極部材の表面のアレイの各々を、
針状に形成した請求項２に記載の電界放射陰極。 - 【請求項４】 前記陰極部材の少なくとも表面を、光励
起により伝導帯への電子励起が可能なＰ型半導体および
真性半導体、電子の空間的選択励起が可能な半導体ヘテ
ロ構造、量子井戸および超格子、および照射光源のエネ
ルギーによる選択励起が可能な量子ドット、フラーレ
ン、炭素ナノチューブなどの低次元超構造の何れかを以
て構成した請求項１〜３の何れかに記載の電界放射陰
極。 - 【請求項５】 前記ゲート電極の、前記陰極部材の表面
と対向する側とは反対側に配置された加速電極と、前記
ゲート電極と加速電極との間に加速用電界を印加する加
速用直流電源とを設けた請求項１〜４の何れかに記載の
電界放射陰極。 - 【請求項６】 前記励起光を発生する光源手段を、極短
パルスのレーザ光を発生するように構成した請求項１〜
５の何れかに記載の電界放射陰極。 - 【請求項７】 前記励起光を発生する光源手段を、２周
波数のレーザ光を発生するように構成した請求項１〜５
の何れかに記載の電界放射陰極。 - 【請求項８】 請求項１〜７の何れかに記載の電界放射
陰極と、この電界放射陰極から放射される電子と相互作
用して電磁波を発生する電磁波発生手段とを具える電磁
波発生装置。 - 【請求項９】 前記励起光を発生する光源手段を、極短
パルスのレーザ光を発生するように構成し、前記電磁波
発生手段が、極短パルスの電子ビームと相互作用する高
周波回路を具える請求項８に記載の電磁波発生装置。 - 【請求項１０】 前記高周波回路を、前記ゲート電極
と、このゲート電極と対向して配置された電極とを以て
構成した請求項９に記載の電磁波発生装置。 - 【請求項１１】 前記励起光を発生する光源手段を、２
周波数のレーザ光を発生するように構成し、前記電磁波
発生手段が、前記陰極部材の表面から放射される電子ビ
ームと電磁波との相互作用場を構成するように、電子ビ
ームの通路を挟んで互いに対向して配置された周期構造
体および反射板を具える請求項８に記載の電磁波発生装
置。 - 【請求項１２】 前記電子ビームと電磁波との相互作用
場を透過した電子ビームを補足する集電極を設けた請求
項１１に記載の電磁波発生装置。 - 【請求項１３】 前記集電極に、前記周期構造体よりも
低い電位を与える直流電源を設けた請求項１２に記載の
電磁波発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35145998A JP2000173446A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35145998A JP2000173446A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000173446A true JP2000173446A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18417436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35145998A Pending JP2000173446A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000173446A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2007020921A1 (ja) * | 2005-08-19 | 2007-02-22 | Riken | 電子ビームの変調方法及び装置 |
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| US7474060B2 (en) | 2003-08-22 | 2009-01-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Light source |
| JP2010257898A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 電子放出装置および電子放出方法 |
-
1998
- 1998-12-10 JP JP35145998A patent/JP2000173446A/ja active Pending
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