JPH0714503A - レーザー熱陰極構造体 - Google Patents
レーザー熱陰極構造体Info
- Publication number
- JPH0714503A JPH0714503A JP15499393A JP15499393A JPH0714503A JP H0714503 A JPH0714503 A JP H0714503A JP 15499393 A JP15499393 A JP 15499393A JP 15499393 A JP15499393 A JP 15499393A JP H0714503 A JPH0714503 A JP H0714503A
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- Japan
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- cathode
- laser
- quantum efficiency
- electron beam
- electron
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電子銃などの陰極構造体の量子効率を簡単な改
造で大幅に向上させる。 【構成】 電子銃内部に陰極電極部１を設け、その中に
設けた加熱コイル３を巻装したカソード２にレーザー光
を照射し、陽極電極部４の小孔から発生した電子ビーム
を送り出し、キャビティ７で加速する。所定の温度に加
熱しながらレーザー光を照射することにより量子効率を
大幅に改善する。
造で大幅に向上させる。 【構成】 電子銃内部に陰極電極部１を設け、その中に
設けた加熱コイル３を巻装したカソード２にレーザー光
を照射し、陽極電極部４の小孔から発生した電子ビーム
を送り出し、キャビティ７で加速する。所定の温度に加
熱しながらレーザー光を照射することにより量子効率を
大幅に改善する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、線形加速器等と組合
せて用いられる電子銃等において高密度の電子を発生さ
せるレーザー熱陰極構造体に関する。
せて用いられる電子銃等において高密度の電子を発生さ
せるレーザー熱陰極構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】自由電子レーザー発振装置（以下ＦＥＬ
という）など電子直線形加速器等により加速してレーザ
ー光を発生させる装置では、高密度の電子ビームを必要
とし、電子ビームを供給する装置としてレーザー光を光
電陰極等の光電子放出物質に照射して電子ビームを放出
する電子ビーム源が使用されることがある。
という）など電子直線形加速器等により加速してレーザ
ー光を発生させる装置では、高密度の電子ビームを必要
とし、電子ビームを供給する装置としてレーザー光を光
電陰極等の光電子放出物質に照射して電子ビームを放出
する電子ビーム源が使用されることがある。
【０００３】上述した形式の電子ビーム源を用いたＦＥ
Ｌが、例えば特開平２−２１１６８７号公報に示されて
いる。
Ｌが、例えば特開平２−２１１６８７号公報に示されて
いる。
【０００４】上記電子ビーム源（フォトカソード）は発
生する電子ビームとして高い電流密度を得ることができ
るため大電流を発生させることができるという優れた特
徴を有する。この場合、電子ビームの発生率は量子効率
として表され、１つのフォトン（光子）が陰極に入るこ
とによりどれだけの電子ビームが発生するかで定義され
る。
生する電子ビームとして高い電流密度を得ることができ
るため大電流を発生させることができるという優れた特
徴を有する。この場合、電子ビームの発生率は量子効率
として表され、１つのフォトン（光子）が陰極に入るこ
とによりどれだけの電子ビームが発生するかで定義され
る。
【０００５】量子効率は、通常は陰極として使用される
物質により決まり、一般に１０-2〜１０-6程度である。
物質により決まり、一般に１０-2〜１０-6程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に超Ｌ
ＳＩの製造、材料の表面改質等に使用される各種電子銃
などには電子ビームを発生する構成として熱陰極構造体
が含まれ、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅ等の金属材料か
ら成る熱陰極に電流を加えて加熱し電子ビームを放出す
る。かかる熱陰極構造体では単に熱陰極を加熱し熱電子
を得るものであって、レーザー光を照射するという方法
は採用されていない。
ＳＩの製造、材料の表面改質等に使用される各種電子銃
などには電子ビームを発生する構成として熱陰極構造体
が含まれ、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅ等の金属材料か
ら成る熱陰極に電流を加えて加熱し電子ビームを放出す
る。かかる熱陰極構造体では単に熱陰極を加熱し熱電子
を得るものであって、レーザー光を照射するという方法
は採用されていない。
【０００７】一方、前述のＦＥＬ用の電子ビーム源では
レーザー光を照射することによって電子ビームを得てお
り、この場合は光電子放出物質が加熱されることはな
い。
レーザー光を照射することによって電子ビームを得てお
り、この場合は光電子放出物質が加熱されることはな
い。
【０００８】いずれの場合も、例えばＦＥＬの短波長化
を図る際に量子効率が十分でない場合があり、発生量を
十分得るためにはレーザー光の出力を増加したり、波長
を短波長化する必要があった。
を図る際に量子効率が十分でない場合があり、発生量を
十分得るためにはレーザー光の出力を増加したり、波長
を短波長化する必要があった。
【０００９】この発明は、上述した従来の熱陰極構造体
の問題点に留意して、簡単な方法で量子効率を根本的に
改善し、電子ビームの発生の電流密度を上げてビームの
高輝度化を図ることのできるレーザー熱陰極構造体を提
供することを課題とする。
の問題点に留意して、簡単な方法で量子効率を根本的に
改善し、電子ビームの発生の電流密度を上げてビームの
高輝度化を図ることのできるレーザー熱陰極構造体を提
供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、陰極電極部の中に加熱コイルを巻装
したカソードを設けると共に陰極電極部に対向して陽極
電極部を設け、適宜位置に設けた窓を介して外部から導
入したレーザー光を、加熱コイルでカソードを加熱した
状態で照射して電子ビームを発生させるように構成して
成るレーザー熱陰極構造体としたのである。
としてこの発明は、陰極電極部の中に加熱コイルを巻装
したカソードを設けると共に陰極電極部に対向して陽極
電極部を設け、適宜位置に設けた窓を介して外部から導
入したレーザー光を、加熱コイルでカソードを加熱した
状態で照射して電子ビームを発生させるように構成して
成るレーザー熱陰極構造体としたのである。
【００１１】
【作用】上記の構成としたこの発明の熱陰極構造体によ
ると、カソードは加熱コイルで所定温度に加熱した状態
でレーザー光が照射され、これにより量子効率が大幅に
向上する。
ると、カソードは加熱コイルで所定温度に加熱した状態
でレーザー光が照射され、これにより量子効率が大幅に
向上する。
【００１２】一般に量子効率は発生電子数／入射光子数
で定義される。この量子効率を向上させる方法として、
単に加熱温度のみを上げる、あるいは照射するレーザー
光の出力を増大したり波長を短波長化したりするだけで
は十分でない。
で定義される。この量子効率を向上させる方法として、
単に加熱温度のみを上げる、あるいは照射するレーザー
光の出力を増大したり波長を短波長化したりするだけで
は十分でない。
【００１３】しかし、この発明ではカソードを所定温度
に加熱した状態でレーザー光を照射することによって量
子効率が大幅に向上することを見出したのである。
に加熱した状態でレーザー光を照射することによって量
子効率が大幅に向上することを見出したのである。
【００１４】一般によく知られている通り、光電効果は
電磁波が金属の表面に当たったときその表面から電子が
飛びだす現象であり、金属の種類によって決まる仕事関
数を超える光子エネルギを与える振動数のレーザー光を
カソードに照射すると電子ビームが得られる。
電磁波が金属の表面に当たったときその表面から電子が
飛びだす現象であり、金属の種類によって決まる仕事関
数を超える光子エネルギを与える振動数のレーザー光を
カソードに照射すると電子ビームが得られる。
【００１５】その場合、カソードを所定の高温度に加熱
した状態でレーザー光を照射すると、その温度において
存在する金属中の電子の確率分布が常温状態から変化
し、金属表面から飛びだし得る電子の数が増大する。こ
のため、加熱状態でレーザ光を照射すると量子効率が増
大する。
した状態でレーザー光を照射すると、その温度において
存在する金属中の電子の確率分布が常温状態から変化
し、金属表面から飛びだし得る電子の数が増大する。こ
のため、加熱状態でレーザ光を照射すると量子効率が増
大する。
【００１６】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は自由電子レーザー等に用いられる電
子銃内に備えられたレーザー熱陰極構造体の一例を示す
概略構成図である。
て説明する。図１は自由電子レーザー等に用いられる電
子銃内に備えられたレーザー熱陰極構造体の一例を示す
概略構成図である。
【００１７】１は陰極電極部であり、その中にカソード
２が置かれており、カソード２には加熱コイル３が巻装
されている。カソード２としては種々の金属（Ｗ、Ｍ
ｏ）や金属化合物（ＬａＢ6 ）が用いられるが、この実
施例ではＬａＢ6 を採用している。
２が置かれており、カソード２には加熱コイル３が巻装
されている。カソード２としては種々の金属（Ｗ、Ｍ
ｏ）や金属化合物（ＬａＢ6 ）が用いられるが、この実
施例ではＬａＢ6 を採用している。
【００１８】上記陰極電極部１のカソード２から放出さ
れる電子の進行方向に上記電極と対向して陽極電極部
（アノード）４が設けられ、その中央に設けた小孔５か
ら電子ビームが放出される。そして、陽極電極部４には
他の小孔６が設けられており、窓６ａからレーザー光が
導入される。７はキャビティ（空調部）、８はレーザー
装置であり、例えばモードロックＹＡＧレーザー等が採
用される。
れる電子の進行方向に上記電極と対向して陽極電極部
（アノード）４が設けられ、その中央に設けた小孔５か
ら電子ビームが放出される。そして、陽極電極部４には
他の小孔６が設けられており、窓６ａからレーザー光が
導入される。７はキャビティ（空調部）、８はレーザー
装置であり、例えばモードロックＹＡＧレーザー等が採
用される。
【００１９】なお、図示省略しているが、電子銃内部は
適宜吸引手段により真空状態に保たれている。又、陰極
電極部１、陽極電極部４は適宜電源によりそれぞれ所定
の−と＋の電極に保持されていると共に、加熱コイル３
には別電源から所定の電流が流され加熱される。
適宜吸引手段により真空状態に保たれている。又、陰極
電極部１、陽極電極部４は適宜電源によりそれぞれ所定
の−と＋の電極に保持されていると共に、加熱コイル３
には別電源から所定の電流が流され加熱される。
【００２０】上記構成の実施例の電子銃により電子が放
出され加速される。陰極電極部１内のカソード２は加熱
コイル３により所定温度に加熱された状態でレーザー装
置８からレーザー光が窓６ａ、小孔６を介して照射され
る。この実施例ではレーザー光はその出力強度がＭＷで
０．３５μｍの波長の３倍高調波を入射して照射してい
る。
出され加速される。陰極電極部１内のカソード２は加熱
コイル３により所定温度に加熱された状態でレーザー装
置８からレーザー光が窓６ａ、小孔６を介して照射され
る。この実施例ではレーザー光はその出力強度がＭＷで
０．３５μｍの波長の３倍高調波を入射して照射してい
る。
【００２１】この時、図２の（ａ）常温状態で照射した
ときより（ｂ）の高温状態で照射した方がレーザー光の
照射により電子が発生する量子効率が格段に向上する。
この場合、カソード２を加熱することにより、勿論熱電
子が放出されるが、熱電子の放出によって量子効率が増
大するのではなく、高温状態では量子効率自体が増大す
るのである。
ときより（ｂ）の高温状態で照射した方がレーザー光の
照射により電子が発生する量子効率が格段に向上する。
この場合、カソード２を加熱することにより、勿論熱電
子が放出されるが、熱電子の放出によって量子効率が増
大するのではなく、高温状態では量子効率自体が増大す
るのである。
【００２２】熱陰極を採用するとなれば連続的に電子ビ
ームが出てしまうので熱電子放出が起こる温度以下であ
るのが望ましいが、熱電子放出に比してはるかに大電流
の電子ビームが得られるので、熱電子が問題とならなけ
れば温度を上げた方がよいということになる。
ームが出てしまうので熱電子放出が起こる温度以下であ
るのが望ましいが、熱電子放出に比してはるかに大電流
の電子ビームが得られるので、熱電子が問題とならなけ
れば温度を上げた方がよいということになる。
【００２３】上記量子効率が増大する理由は図２により
説明される。図においてＷは仕事関数であり、金属の種
類によって決まる量である。固体中では電子はその温度
によって決まるフェルミ分布をしている。従ってその分
布により電子の放出されるエネルギーレベルが決定され
る。通常このエネルギーレベルに合せて照射するレーザ
ーの波長を選択し光電子放出を起こす。例えば図中に示
すようにレーザー光の選択した波長の振動数をνとする
と、その光子エネルギｈνが仕事関数Ｗを超えたとき、
光電子放出が起こる。
説明される。図においてＷは仕事関数であり、金属の種
類によって決まる量である。固体中では電子はその温度
によって決まるフェルミ分布をしている。従ってその分
布により電子の放出されるエネルギーレベルが決定され
る。通常このエネルギーレベルに合せて照射するレーザ
ーの波長を選択し光電子放出を起こす。例えば図中に示
すようにレーザー光の選択した波長の振動数をνとする
と、その光子エネルギｈνが仕事関数Ｗを超えたとき、
光電子放出が起こる。
【００２４】一方、（ａ）常温状態での電子の存在する
確率分布ｎが、（ｂ）の高温状態では図示のように変化
しｎ’となる（ｎ’＞＞ｎ）。つまり、温度を上げるこ
とにより電子の分布がエネルギレベルの上部まで延び
る。このため放出される電子の数が増大するからであ
る。
確率分布ｎが、（ｂ）の高温状態では図示のように変化
しｎ’となる（ｎ’＞＞ｎ）。つまり、温度を上げるこ
とにより電子の分布がエネルギレベルの上部まで延び
る。このため放出される電子の数が増大するからであ
る。
【００２５】図３に実施例のカソードとしてＬａＢ6 を
用いてその量子効率ηを測定した結果を示す。図示のよ
うに、室温ではη≒３０×１０-6程度であるのが７００
〜１０００℃まで加熱すると、η≒５０〜９０×１０-6
まで上昇しているのが分る。即ち、１０００℃では室温
の場合の４〜５倍の量子効率となっているのが理解され
る。
用いてその量子効率ηを測定した結果を示す。図示のよ
うに、室温ではη≒３０×１０-6程度であるのが７００
〜１０００℃まで加熱すると、η≒５０〜９０×１０-6
まで上昇しているのが分る。即ち、１０００℃では室温
の場合の４〜５倍の量子効率となっているのが理解され
る。
【００２６】なお、以上ではカソードの材料としてＬａ
Ｂ6 を例として説明したが、上記と同様のことが他の金
属化合物、例えばＣｅＢ6 、ＬｉＡｌ等でも認められ
る。又、Ｗなどの電子放出の仕事関数の小さい物質でも
同様に、若しくは上記以上の効率のよい効果が得られ
る。
Ｂ6 を例として説明したが、上記と同様のことが他の金
属化合物、例えばＣｅＢ6 、ＬｉＡｌ等でも認められ
る。又、Ｗなどの電子放出の仕事関数の小さい物質でも
同様に、若しくは上記以上の効率のよい効果が得られ
る。
【００２７】
【効果】以上詳細に説明した通り、この発明のレーザー
熱陰極構造体はカソードに加熱コイルを巻装し所定の高
温度に加熱した状態でレーザー光を照射する構成とした
から、高温度に加熱した状態で金属中に存在する電子ビ
ームの確率分布が増大しレーザー光の照射によってより
多くの電子ビームが放出されて量子効率が向上し、電流
密度の大きい電子ビームが得られビームの高輝度化を図
ることができるという利点が得られる。
熱陰極構造体はカソードに加熱コイルを巻装し所定の高
温度に加熱した状態でレーザー光を照射する構成とした
から、高温度に加熱した状態で金属中に存在する電子ビ
ームの確率分布が増大しレーザー光の照射によってより
多くの電子ビームが放出されて量子効率が向上し、電流
密度の大きい電子ビームが得られビームの高輝度化を図
ることができるという利点が得られる。
【図１】実施例の電子銃にレーザー熱陰極構造体を有す
る例の概略構成図
る例の概略構成図
【図２】作用を説明する図
【図３】金属化合物ＬａＢ6 をカソードとしたときの量
子効率の測定値のグラフ
子効率の測定値のグラフ
１ 陰極電極部 ２ カソード ３ 加熱コイル ４ 陽極電極部 ５ 小孔 ６ 小孔 ６ａ 窓 ７ キャビティ ８ レーザー装置
Claims (1)
- 【請求項１】 陰極電極部の中に加熱コイルを巻装した
カソードを設けると共に陰極電極部に対向して陽極電極
部を設け、適宜位置に設けた窓を介して外部から導入し
たレーザー光を、加熱コイルでカソードを加熱した状態
で照射して電子ビームを発生させるように構成して成る
レーザー熱陰極構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15499393A JPH0714503A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | レーザー熱陰極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15499393A JPH0714503A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | レーザー熱陰極構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714503A true JPH0714503A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15596373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15499393A Pending JPH0714503A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | レーザー熱陰極構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714503A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08212952A (ja) * | 1995-02-06 | 1996-08-20 | Natl Res Inst For Metals | レーザー照射型電子銃 |
| DE10255767A1 (de) * | 2002-11-28 | 2004-06-17 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und Elektronenstrahlerzeuger |
| US6847164B2 (en) | 2002-12-10 | 2005-01-25 | Applied Matrials, Inc. | Current-stabilizing illumination of photocathode electron beam source |
| JP2007048627A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | 電子銃 |
| EP1403898A3 (de) * | 2002-09-26 | 2008-09-17 | Carl Zeiss NTS GmbH | Elektronenstrahlquelle und elektronenoptischer Apparat mit einer Elektronenstrahlquelle und Verfahren zum Betrieb einer Elektronenstrahlquelle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS517821A (ja) * | 1974-07-09 | 1976-01-22 | Nippon Telegraph & Telephone | |
| JPH02213037A (ja) * | 1988-11-24 | 1990-08-24 | Ict Integrated Circuit Testing G Fur Halbleiterprueftechnik Mbh | 電子ビーム測定装置の作動方法 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP15499393A patent/JPH0714503A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS517821A (ja) * | 1974-07-09 | 1976-01-22 | Nippon Telegraph & Telephone | |
| JPH02213037A (ja) * | 1988-11-24 | 1990-08-24 | Ict Integrated Circuit Testing G Fur Halbleiterprueftechnik Mbh | 電子ビーム測定装置の作動方法 |
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| JPH08212952A (ja) * | 1995-02-06 | 1996-08-20 | Natl Res Inst For Metals | レーザー照射型電子銃 |
| EP1403898A3 (de) * | 2002-09-26 | 2008-09-17 | Carl Zeiss NTS GmbH | Elektronenstrahlquelle und elektronenoptischer Apparat mit einer Elektronenstrahlquelle und Verfahren zum Betrieb einer Elektronenstrahlquelle |
| DE10255767A1 (de) * | 2002-11-28 | 2004-06-17 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und Elektronenstrahlerzeuger |
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| JP2007048627A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | 電子銃 |
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