JP5007034B2

JP5007034B2 - 光電変換素子及びそれを用いた電子線発生装置

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Publication number: JP5007034B2
Application number: JP2005267593A
Authority: JP
Inventors: 博文花木; 順佐々部; 重司鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Japan Atomic Energy Agency; Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Japan Atomic Energy Agency; Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: JP2007080697A

Description

本発明は、光を電子線に変換する光電変換素子及びそれを用いた電子線発生装置に関するものである。

従来の光電変換素子を加速器に用いた電子線発生装置では、光電面にレーザ光を照射することで高輝度な電子ビームが得られているが、この光電面は、ほとんどの場合は反射型カソード（光電面）が使用されている。このような反射型光電面を用いた電子線発生装置においては、光電面においてレーザ光の入射側の面と電子ビームの発生側の面とは同一になっている。そのため、レーザ光の光軸と電子ビームの光軸とを分離させるために、レーザ光は光電面に対して斜めに照射される。これにより、レーザ光の光電面上におけるビームパターンが楕円形になると共に、レーザ光源から光電面に到達するレーザ光の光電面上の波面に位相差が生じるため、ビームの強度及び位相の均一性が場所によって劣化する。

これに対して、レーザ光の入射側の面と電子ビームの発生側の面とが反対側になっている透過型光電面を用いた電子線発生装置においては、電子ビームを光電面に対して垂直に照射することが可能となる。その結果、反射型光電面よりもレーザ光を所定範囲に照射しやすく、光電面上のビームパターンが円形になるためビームの強度及び位相の均一性を図るのが容易である。

このような透過型光電面に関する技術としては、下記非特許文献１記載の透過型ＧａＡｓ−ＮＥＡ（Negative Electron Affinity）光電面が挙げられる。この技術では、光電面の下地基板としてサファイア基板を有するものを使用し、光電面から発生する電子ビームをDC加速電界で加速するとともに液体窒素を用いて冷却することで、5〜8meVという単色性が高く、かつ数mAという電流量の大きい電子ビームを連続的に得ようと試みられている。

図１７（ａ）〜（ｃ）には、上述した透過型ＧａＡｓ−ＮＥＡ光電面を含むカソードの構造を示す。同図に示すように、光電変換素子であるカソード９０２は、光電面の下地用ガラス基板であるサファイア基板９０３の上に透過型ＧａＡｓ光電面９０４が製膜されており、光電面９０４の反対側のサファイア基板９０３の端面から光電面９０４に向かう方向Ｅに、レーザ光が照射される。また、この光電面９０４の外周側には光電面での導通性を確保するための金属層９０５が製膜され、この金属層９０５から光電面へ電荷を供給する構成となっている。図１８には、上述したカソード９０２を用いた電子銃の構造を示す。同図の電子銃９０１においては、カソード９０２が液体窒素で冷却されるとともに、方向Ｅに向けてレーザ光が照射されることにより、カソード９０２の光電面から出射した電子ビームが引出電極９０６によって形成された直流電界によって加速される。
D. A. Orlov etal.、"Ultra-cold electronsource with a GaAs Photocathode"、Volume 532, Issues 1-2、11 October 2004、Pages 418-421

ここで、より高い加速電界（例えば、100MV/m）で短パルスの電子ビームを生成する電子銃として、マイクロ波加速空洞（ＲＦ空洞）を有するＲＦ電子銃が用いられる。しかしながら、上述したような透過型光電面をＲＦ電子銃に使用する場合は以下のような問題があったため、これまではＲＦ電子銃には反射型光電面のみが使用されていた。

すなわち、高い加速電界では、光電面薄膜を通じて基板に入射する逆位相電子、逆位相イオンが存在し、これらの電荷により光電面下地用ガラス基板が帯電する結果、カソードプラグ表面に誘起された電荷により、光電面表面における沿面放電や、カソードプラグ挿入孔との間における真空放電を引き起こす。特に、光電面下地用ガラス基板としてサファイア基板を用いた場合は、サファイアが二次電子放出係数が高く帯電しやすい材料であるために、この傾向が顕著である。これにより、光電面薄膜がダメージを受けやすくなるとともに、ＲＦ空洞に入力されたマイクロ波が反射するために、加速電界が十分に形成されず、電子ビームが加速できなくなるという問題がある。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光電面におけるダメージを低減するとともに、電子ビームの加速を容易にする光電変換素子、及びこれを用いた電子線発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光電変換素子は、レーザ光を照射されてレーザ光の照射方向に電子ビームを発生させる透過型の光電変換素子であって、照射方向に沿って複数の貫通孔が設けられたキャピラリー基板と、キャピラリー基板の照射方向側の端面に沿って、複数の貫通孔を覆うように形成され、キャピラリー基板の反対側に電子ビームを発生させる光電面と、キャピラリー基板と光電面との間において、複数の貫通孔を覆うように光電面に沿って形成された金属製の自立膜と、キャピラリー基板と自立膜との間において、キャピラリー基板の表面の複数の貫通孔の開口以外の部分に製膜された金属膜とを備え、自立膜は、レーザ光を通過させるような膜厚を有し、レーザ光は、貫通孔及び自立膜を通過して光電面に照射される。

このような光電変換素子によれば、キャピラリー基板の貫通孔を通過してレーザ光が光電面に照射され、光電面からキャピラリー基板の反対側に電子ビームを発生させる。このとき、逆位相電子、逆位相イオン等の荷電粒子が光電面に戻ってきても、光電面及び貫通孔を通過することで、光電面及び基板を帯電させにくくなるので、帯電に起因する光電面におけるダメージを低減し、加速電界を形成しやすくして電子ビームを容易に加速させることができる。また、金属膜から光電面に対して短い距離で電荷を供給することができる。その結果、光電面から短パルスの電子ビームを発生させる場合であっても、光電面の面抵抗による応答性の劣化を防止すると共に、放射できる電子数を十分確保することができる。

また、複数の貫通孔は、端面に沿って２次元的に配列されていることが好ましい。かかる貫通孔を備えれば、光電面の全面において帯電を効果的に防止することができる。

また、金属膜の膜厚は、電子ビームの加速電界の周波数に対応する表皮厚さ以上であることも好ましい。こうすれば、加速電界が金属膜によりシールドされるので、光電面と下地基板との間で流れる電流が低減され、光電面及び基板の帯電を一層防止できる。また、光電面上の電界を垂直にすることで、電子ビームのエミッタンスの劣化を防ぐことができる。

本発明の電子線発生装置は、上述した光電変換素子と、光電変換素子に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを備える。このような電子線発生装置においては、光電変換素子における光電面及び基板を帯電させにくくなるので、帯電に起因する光電面におけるダメージを低減し、加速電界を形成しやすくして電子ビームを容易に加速させる電子線発生装置を実現できる。

本発明による光電変換素子によれば、光電面におけるダメージを低減するとともに、電子ビームの加速を容易にすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電子線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子線発生装置１の断面図、図２は、図１の電子線発生装置をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図１及び図２に示すように、電子線発生装置１は、４本の光電面収容カートリッジ３が入れられるカートリッジボックス５と、光電面にレーザ光を照射する部屋であるレーザ光照射室７３及びカートリッジボックス５が配置される待機室７１から構成されるチャンバ７と、レーザ光照射室７３に配置され、光電面収容カートリッジ３の蓋である金属膜を破るための膜破り器９と、待機室７１に挿入可能であり、光電面収容カートリッジ３の光電面３１を移動させるための移動用パイプ１１と、待機室７１に挿入可能であり、かつ移動用パイプ１１と同軸でその外周に配置され、膜破り器９の位置まで光電面収容カートリッジ３を押し出す押出用パイプ１３とを備える。

カートリッジボックス５は、待機室７１の円筒部７１１と同軸の円筒形状を有し、回転導入機５１により、カートリッジボックス５の円周方向であるＢ方向に回転自在に配置されている。さらに、カートリッジボックス５は、スライダ５５が取り付けられることにより、膜破り器９の位置まで進退可能に支持されている。また、待機室７１の円筒部７１１には、パイプ７７を介して排気／分析系２５が接続されるとともに、レーザ導入口７２１を通じてレーザ光源２１からレーザ光ＬＢが導入される。

押出用パイプ１３の一方の端部１３３は、制御系１７により矢印Ｃ方向及び矢印Ｄ方向に移動可能な移動板１９に固定され、移動板１９が矢印Ｃ方向に移動したとき、押出用パイプ１３の他方の端部１３５がスライダ５５に矢印Ｃ方向の力を加える。これにより、光電面収容カートリッジ３はスライダ５５と一体の状態でレーザ光照射室７３に押し出される。図３は、光電面収容カートリッジ３がレーザ光照射室７３に移動された状態を示す断面図である。移動用パイプ１１は、制御系１７により矢印Ｃ、Ｄ方向及び回転の制御がなされる。このような構成により、押出用パイプ１３の端部１３５をスライダ５５の底面部に当接させた状態で、移動用パイプ１１をスライダ５５、光電面収容カートリッジ３、及びベローズ３６を貫通して矢印Ｃ方向に移動させることにより、移動用パイプ１１を光電面３１の台座部３７の位置に到達させて、移動用パイプ１１と台座部３７とをネジの作用により一体化させる。この状態で、押出用パイプ１３をレーザ光照射室７３に向けて押し出すことにより、光電面収容カートリッジ３の金属膜３３に膜破り器９によって穴があけられ、台座部３７がレーザ光照射室７３の端面側の出口部１５５の縁に当接することにより、光電面３１の位置決めがなされる。

レーザ光源２１で発生したレーザ光ＬＢは、レーザ導入口７２１を通過して待機室７１に入った後、押出用パイプ１３の貫通孔１３１及び移動用パイプ１１の貫通孔１１１を通り、移動用パイプ１１内に配置された反射ミラー（図示せず）により光電面３１に向けて反射される。そして、レーザ光ＬＢが光電面３１に入射することにより光電面３１から電子線が発生する。

以下、光電面収容カートリッジ３の構成について詳細に説明する。

図４は、光電面収容カートリッジ３の構成を示す斜視図である。同図に示すように光電面収容カートリッジ３は、光電面３１を真空封止したものであり、両端側にコバール製のフランジ部が形成されたガラス製の円筒容器３２を有し、円筒容器３２の片方の端面には、容器の開口を塞ぐようにコバール製の金属膜３３が形成されている。容器３２の内部には、中心軸に沿ってベローズ３６が収容され、ベローズ３６の金属膜３３側の端部には、光電面３１及び台座部３７を含む透過型カソードプラグ（光電変換素子）３０が、光電面３１と金属膜３３が対面するように溶接により固定されている。この光電面３１は、円筒容器３２内で製膜されるものである。また、透過型カソードプラグ３０の側面には、リング状の電極３８が取り付けられ、電極３８を用いてＲＦ空洞表面を流れる電流がカソードプラグ３０に供給され、同時に光電面３１から発生した電子ビームに高周波の加速電界が印加される。

図５は、透過型カソードプラグ３０の中心軸に沿った方向に切断した断面図、図６は、透過型カソードプラグ３０の分解断面図である。図５及び図６に示すように、透過型カソードプラグ３０は、略円筒状の台座部３７及び蓋部３９を有し、台座部３７と蓋部３９とが、台座部３７の内周面に形成されたネジ部３７ａ及び蓋部３９の外周面に形成されたネジ部３９ａによって、互いに接続及び分離が可能な構造を有している。台座部３７の先端側の端面３０１の中央には、円盤状に形成された光電面下地基板（キャピラリー基板）３０２が埋め込まれており、光電面下地基板３０２の外側表面には、光電面３１が製膜されている。また、台座部３７と蓋部３９とが接続された状態で光電面３１を真空に保つために、石英ガラス製の窓部３０３が、蓋部３９の光電面３１側の開口部３０４を塞ぐように設けられている。ここで、窓部３０３は、蓋部３９の内周面に対してアルミニウムを用いて高温及び高圧でシールされている。台座部３７の開口部３０４に対して反対側の縁部には鍔部３０５が形成され、蓋部３９は、鍔部３０５とベローズ３６とを溶接することにより、ベローズ３６に接続される。このような透過型カソードプラグ３０の構成により、中心軸に沿った方向に照射されたレーザ光ＬＢは、窓部３０３を透過して光電面下地基板３０２の裏面から光電面３１に入射し、光電面３１において電子ビームＥＢに変換される。

次に、図７を参照して、光電面３１を含む光電面下地基板３０２の構成について説明する。同図に示すように、直径が１μｍから数百μｍの貫通孔３０６が２次元的に等間隔で格子状に設けられた円板状の光電面下地基板３０２には、金属膜３０７が、光電面下地基板３０２の表面の貫通孔３０６の開口以外の部分に製膜され、金属製の自立膜３０８が、金属膜３０７上から光電面下地基板３０２の表面全体を覆うように製膜されるとともに、自立膜３０８上には、光電面３１が形成されている。

光電面下地基板３０２としては、開孔比が３０〜７０％となるように貫通孔３０６が形成され、例えば、二次電子放出係数の小さい厚さ０．３ｍｍの円板状の鉛ガラスに直径２０μｍの貫通孔３０６を２次元的に配列したものが用いられる。また、光電面下地基板３０２の貫通孔３０６の開口を除く表面には、電子ビームの加速電界の周波数で決まる表皮厚さ（例えば、Ｓバンド加速周波数2,856MHzでのクロムの表皮厚さ3.4μｍ）以上の膜厚を有するクロム製の金属膜３０７が、蒸着により形成されている。また、この金属膜３０７の表面には、光電面下地基板３０２の表面全体を覆うように、例えば、110Åの膜厚でアルミニウム製の自立膜３０８が形成されている。さらに、自立膜３０８上には、例えば、Cs_２Teから成る透過型光電面３１が製膜されている。なお、この光電面３１は、上述した光電面収容カートリッジ３内で製膜される。

この場合、金属膜３０７としては、クロム製の金属膜を用いたが、アルミニウム膜の上にクロムを製膜したものを用いてもよい。Ｓバンド加速周波数2,856MHzでのアルミニウムの表皮厚さは1.5μｍであるので、膜厚1.5μｍのアルミニウム薄膜の上に、放電に対するダメージの小さいクロムが0.1μｍの膜厚で製膜されたものを用いる。また、光電面３１の主成分としては、Cs_２Te以外に、RbTe、Cs-K-Te、K-Te、CsK₂Sb、Na₂KSb、Ag-O-Sb、Cs₃Sb、ダイヤモンド、GaAs、GaAsP、GaN、AlGaN、InGaN、及びMg等の様々なものが代用可能である。

図５に戻って、このような光電面下地基板３０２の透過型カソードプラグ３０の端面３０１への固定方法としては、フリットガラスによる接着や、アルミニウムを光電面下地基板３０２と端面３０１との間の中間層として高温及び高圧でシール（アルミニウムシール）する方法が用いられる。ＲＦ電子銃内では、カソードプラグ表面に強い加速電界が印加されるので、放電の防止及び暗電流の低減のため、光電面下地基板３０２と端面３０１とを一体的に研磨し、カソードプラグ表面の粗さ及び段差をできるだけ少なくすることが好ましい。また、カソードプラグ表面の粗さをより少なくするために、フリットガラスによる接着の場合は、光電面下地基板３０２と端面３０１との隙間にクロム蒸着されたフリットガラスが埋め込まれ、アルミニウムシールの場合は、光電面下地基板３０２と端面３０１との隙間にアルミニウムを埋め込むことが行われる。

以下、上記のような構成の光電面下地基板３０２から光電面３１にかけての光透過率を示す。

図８は、金属膜３０７としてクロム製薄膜、光電面３１としてCs_２Teを主成分とするものを用いた場合の、光電面下地基板３０２の裏面から光電面３１の表面にかけての量子効率（ＱＥ）を示す。同図に示すように、光電面３１を製膜前の光電面下地基板３０２のみの波長260nmの光に対する透過率は、17％であり、光電面製膜後の光電面下地基板３０２の裏面から光電面３１の表面にかけての波長260nmの光に対する量子効率は、1.9％であった。

以上説明した透過型カソードプラグ３０及び電子線発生装置１によれば、光電面下地基板３０２の貫通孔３０６及び自立膜３０８を通過してレーザ光ＬＢが光電面３１に照射され、光電面３１から光電面下地基板３０２の反対側に電子ビームを発生させる。このとき、電子ビームを励起するためのレーザ光ＬＢを光電面下地基板３０２の裏面から垂直に照射することができるので、発生する電子ビームの位相又は強度における均質性を保つことができる。また、逆位相電子、逆位相イオン等の荷電粒子が光電面３１に戻ってきても、光電面３１、貫通孔３０６、及び自立膜３０８を通過することで、光電面３１及び基板３０２を帯電させにくくするので、帯電に起因する光電面３１におけるダメージを低減し、カソードプラグ先端部における加速電界を形成しやすくして電子ビームを容易に加速させることができる。

また、従来は、カソードプラグ前面に印加されるマイクロ波の電界が光電面を透過してしまい、ＲＦ電子銃等に使用されるＲＦ空洞内壁の表面電流が、光電面と光電面下地基板との間に流れ込み、光電面及び光電面下地基板が帯電しやすいという問題があった。これに対して、光電面下地基板として帯電しやすいサファイアの代わりに二次電子放出係数の低い鉛ガラスを用い、その表面に表皮厚さ以上の金属膜３０７及び自立膜３０８を設けることで上記問題を回避することができる。また、図１９には、光電面下地基板の材料としてサファイアを用いた従来のカソード９０２の先端部における等電位線を示す。同図に示すように、光電面下地基板としてサファイアを用いた場合は、マイクロ波に対して透明であるため、カソード９０２内部の電界分布は、中心部が空洞の金属電極と同等になる。従って、カソード９０２の先端部の電界が、カソード９０２の中心軸線に平行とならず、光電面９０４に平行な方向に電界成分を持つことになり、電子線の密度等の質の劣化を引き起こす。これに対して、透過型カソードプラグ３０では、上述したような帯電しにくく、電界を遮蔽し易い構成により、光電面３１に対して垂直に電界を生じさせることができる。

また、光電面下地基板３０２の複数の貫通孔３０６は、端面３０１に沿って２次元的に配列されているので、光電面３１の全面において帯電を効果的に防止することができる。

また、光電面下地基板３０２と光電面３１との間において、金属膜３０７及び複数の貫通孔３０６を覆うように光電面に沿って形成された自立膜３０８を備えるので、金属膜３０７及び自立膜３０８から光電面３１に対して短い距離で電荷を供給することができる。その結果、光電面から短パルスの電子ビームを発生させる場合であっても、光電面の面抵抗による応答性の劣化を防止すると共に、放射できる電子数を十分確保することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、透過型カソードプラグ３０に埋め込む光電面下地基板としては、金属製の光電面下地基板３１２を用いてもよい。図９には、光電面３１を含む光電面下地基板３１２の構成を示す。同図に示すように、光電面下地基板３１２として、ニッケル製の円板状基板に、電鋳法を用いて直径50μｍの貫通孔３１４を開孔比40％で形成したものを用いる。この光電面下地基板３１２の表面に、表皮厚さ以上のアルミニウム製の自立膜３１３を製膜する。この自立膜３１３上に光電面３１が形成される。この光電面３１を含む光電面下地基板３１２の透過型カソードプラグ３０の台座部３７への固定方法としては、まず、キャップ状の光電面下地基板３１２を台座部３７の端部に外側から嵌め合わせた後、リング状のホルダー部３１５を光電面下地基板３１２の外周部をネジにより押さえ付けるように締め込む（図１０、ネジ部分については図示を省略）。このような金属材料からなる光電面下地基板を用いることで、光電面における帯電の問題を確実に回避することができる。

本発明においては、自立膜を使わない透過型カソードプラグ３０の構造も可能である。図１１には、自立膜を有さない場合の変形例である透過型カソードプラグの構成を示す。この透過型カソードプラグは、光電面３１を石英面板３２６上に製膜し、その上に金属製の電極３２２を載せた構造を有している。ここでは、金属製の電極３２２としてニッケル製の円板状基板に、電鋳法を用いて直径50μｍの貫通孔を開孔比40％で形成したものを用いる。電極３２２の膜厚は10μm〜40μmである。同図に示すように、この電極３２２は、光電面に戻ってくる逆位相電子、逆位相イオン等の荷電粒子の量を減らすと共に、荷電粒子により帯電した石英面板３２６の電荷を逃がす効果がある。

また、上記の変形例において石英面板３２６を使用せず、光電面３１を金属製の電極３３２の貫通孔３２４の内面に製膜することも可能である。図１２は、このような場合の透過型カソードプラグの構成、及び図１３には、図１２の金属製の電極の一部拡大断面図を示す。この透過型カソードプラグ３０に励起用レーザ光ＬＢを照射する場合は、照射効率を稼ぐために、拡散板３２７を用いる。これにより励起用レーザ光ＬＢの方向がランダムに曲げられ、効率よくかつ均一に貫通孔３２４の内面を照射することができる（図１４）。この構造では電極３３２に戻ってくる逆位相電子、逆位相イオン等の荷電粒子が直接、光電面３１にぶつからない。また、石英面板３２６を用いないため、帯電の問題がない。

次に、本発明にかかる電子線発生装置１の変形例について説明する。

図１５及び図１６は、電子線発生装置１の変形例を示す一部拡大断面図である。図１５に示す電子線発生装置では、ベローズ３６の中心軸に沿って光電面３１の反対側から窓部３０３の直前まで、光ファイバ３１６が挿入されている。このような構成を採れば、窓部３０３を透過させて光電面下地基板３０２の裏面から光電面３１に向けて、効率的に励起用のレーザ光ＬＢを照射することができ、光ファイバ３１６の中心軸線と、透過型カソードプラグ３０の中心軸線を合わせることで、レーザ光ＬＢの照射中心を光電面３１の中心に正確に合わせることができる。これにより、発生する電子ビームＥＢのエミッタンスを低減することができる。

また、図１６に示す電子線発生装置では、光電面下地基板３０２の裏面側に中心に円形の穴が空けられた金属製のアパーチャー３１７が固定されている。このアパーチャー３１７により、光ファイバ３１６から照射されるレーザ光ＬＢの中心部のみを光電面３１に照射させることができ、発生する電子線ＥＢの分布を真円に近くすることができると共に、電子線ＥＢの強度分布を均一にし、正確に光電面３１の中心に位置させることができる。これにより、発生する電子ビームＥＢのエミッタンスを低減することができる。

本発明の実施形態に係る電子線発生装置の断面図である。図１の電子線発生装置をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図１の光電面収容カートリッジがレーザ光照射室に移動された状態を示す断面図である。図１の光電面収容カートリッジの構成を示す斜視図である。図４の透過型カソードプラグの中心軸に沿った方向に切断した断面図である。図４の透過型カソードプラグの分解断面図である。図５の光電面を含む光電面下地基板の構成を示す図である。図５の透過型カソードプラグにおいて光電面下地基板の裏面から光電面の表面にかけての量子効率（ＱＥ）を示すグラフである。光電面を含む光電面下地基板の別の構成例を示す図である。透過型カソードプラグの中心軸に沿った方向に切断した断面図である。自立膜を有さない場合の変形例である透過型カソードプラグの断面図である。本発明の別の変形例である透過型カソードプラグの断面図である。図１２の電極の一部拡大断面図である。図１２の電極におけるレーザ光の入射状態を示す一部拡大断面図である。本発明の電子線発生装置の変形例を示す一部拡大断面図である。本発明の電子線発生装置の別の変形例を示す一部拡大断面図である。従来の透過型光電面を含むカソードの構造を示す図であり、（ａ）は、カソードの構造を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線に沿って切断した斜視断面図、（ｃ）は、カソードにおける光電面周辺の構造を示す拡大断面図である。カソード９０２を用いた電子銃の構造を示す斜視断面図である。従来のカソードの先端部における等電位線を示す図である。

符号の説明

１…電子線発生装置、２１…レーザ光源（レーザ光照射手段）、３０…透過型カソードプラグ（光電変換素子）、３１…光電面、１１１，１３１…貫通孔（レーザ光照射手段）、３０２，３１２…光電面下地基板（キャピラリー基板）、３０６，３１４…貫通孔、３０７…金属膜、３０７，３１３…自立膜（金属膜）、７２１…レーザ導入口（レーザ光照射手段）、３１６…光ファイバ（レーザ光照射手段）。

Claims

レーザ光を照射されて前記レーザ光の照射方向に電子ビームを発生させる透過型の光電変換素子であって、
前記照射方向に沿って複数の貫通孔が設けられたキャピラリー基板と、
前記キャピラリー基板の前記照射方向側の端面に沿って、前記複数の貫通孔を覆うように形成され、前記キャピラリー基板の反対側に電子ビームを発生させる光電面と、
前記キャピラリー基板と前記光電面との間において、前記複数の貫通孔を覆うように前記光電面に沿って形成された金属製の自立膜と、
前記キャピラリー基板と前記自立膜との間において、前記キャピラリー基板の表面の前記複数の貫通孔の開口以外の部分に製膜された金属膜と
を備え、
前記自立膜は、前記レーザ光を通過させるような膜厚を有し、
前記レーザ光は、前記貫通孔及び前記自立膜を通過して前記光電面に照射される、
ことを特徴とする光電変換素子。
前記複数の貫通孔は、前記端面に沿って２次元的に配列されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。
前記金属膜の膜厚は、前記電子ビームの加速電界の周波数に対応する表皮厚さ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子。
レーザ光を照射されて前記レーザ光の照射方向に電子ビームを発生させる透過型の光電変換素子であって、
前記照射方向に沿って複数の貫通孔が設けられた金属製基板と、
前記貫通孔の内面に形成された光電面と、
を備えることを特徴とする光電変換素子。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備えることを特徴とする電子線発生装置。