JPS6351403B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無線周波の発生に関し、更に詳しく
は、光変調される電子ビームにて駆動される無線
周波放出にかゝわる。

約10〜200センチメートル（cm）の間の波長で
の無線周波電力を発生する装置としては各種のも
のが知られている。線形の電子ビームを利用する
ものは、大きく分けて３つの型式に分類できる。
第１の型式は、電子ビームについての縦方向圧縮
又は集群化（bunching）を採用している装置を
含んでいる。第２の型式は電子ビームの無線周波
偏向を利用している装置を含み、そして第３の型
式は電子ビームの密度を変えるためのグリツドを
利用している装置を含んでいる。

クライストロンおよび進行波管の如き第１の型
式のシステムは、ビーム速度変調を採用してい
る。その装置の全長は発生された波長に比例しな
ければならず、それは、それらの装置がかなり長
くなければならないこと且つ100cm以上の波長に
対しては複雑でなければならないことを意味して
いる。更に、かゝる装置において消費される直流
電力に対するそこで発生された無線周波電力の最
大比率は約0.7である。当業者においては、大き
な高電力無線周波システムに対しては高い比率が
望ましいことは容易に理解されよう。

ジヤイロコンのような電子ビームについての無
線周波偏向を利用している第２の型式の装置は、
0.8のオーダーにおける高い直流−無線周波変換
能率を与える。しかしながら、100〜200cm範囲に
おいてのこの型式の装置は大きく、重くそして複
雑である。

三極および四極グリツド真空管のように、電子
ビーム密度を変えるのにグリツドを利用している
第３のカテゴリーにおける装置の場合、単体装置
の電力出力としてはかなりの制限がある。全直流
−無線周波変換能率は、最初の２つの型式の装置
に比べて低く、最良においても0.65である。

本発明は、高能率でありながら低価格でしかも
コンパクトな装置において、10〜200cm波長範囲
における多量の無線周波電力を発生させるもので
ある。

本発明の１つの目的は、デシメートルから２メ
ートルまでの波長範囲における無線周波電力を能
率良く発生することにある。

本発明の他の目的は、デシメートルからメート
ルまでの波長範囲に対して過去において与えられ
ていたものよりも小型で且つ簡単な発生システム
を利用して、低価格で無線周波電力を発生させる
ことにある。

本発明の利点は、本発明によつて構成される装
置は寸法的に比較的小さくできることである。

本発明の別な利点は、その変換能率が従来技術
による装置にて与えられるものよりも良いことで
ある。長い波長において得られる集群化が非常に
良いために、約90％以上の電子的能率が達成でき
る。全能率はレーザーの能率に依存しており、そ
して良く設計されたシステムでは約80％〜90％の
間にある。

本発明によると、予め選択された間隔で予め決
められた時間光パルスを与えることのできるレー
ザーの如き光放出構造体からなる、光変調される
電子ビームにて駆動される無線周波放出器に与え
られる。光は光電子放出装置にて受信され、この
光電子放出装置は、光源から受けた光のパルス幅
およびパルス間隔に従つたパルス幅とそして繰返
し率とを持つ電子ビームを発生する。少なくとも
その光電子放出装置は減圧された環境下におかれ
ることになり、光源もかような環境下におかれて
もよい。キヤビテイを持つ無線周波共振器はその
環境内に位置され、そして電子ビームが、例えば
電界によつてそこを通して加速される。共振器を
通過する電子ビームにより発生される無線周波エ
ネルギーをその環境外へ伝達されるために導管が
設けられている。減圧された環境は従来型式の真
空チヤンバーにて与えられる。光源と光電子放出
面との間には周波数偏移装置が設けられていて、
その光電子放出器の表面から電子を放出させるの
に最も好都合な周波数の光波を与えている。

本発明によるさらに別な目的および利点は、添
付図面を参照した以下の記述から明らかとなろ
う。添付図面においては、同じ部品は同じ参照数
字で示されている。

さて第１図に例示されている好ましき実施例を
参照するに、総称的に示されている光源１０は、
例えば、レーザー１２と、鏡１６および１８と、
そしてモード鎖錠装置（modelock）１４とから
構成することができる。

レーザー１２は、例えば電気光学的又は音響光
学的変調器、或は受動の染料セル（dye cell）で
もよいモード鎖錠装置１４により決定されるパル
スとしての光を放出する。モード鎖錠装置１４は
鏡間に存在する複数の光学的モードを抑制し、そ
れによつて、基本モードのエネルギー含量を増大
させる。これは、鏡１６および１８間で前後動す
る光パルスを形成する。鏡１６は、各光パルスの
一部分を有用な光ビームとして光源１０から出す
べく部分的に伝達している。

光源１０は光ビーム２０を発生し、この光ビー
ムはリン酸二水素アンモニウム（ADP）結晶の
如き周波数偏移装置２２によつて周波数を変えら
れる。周波数偏移装置２２を通過できるか又は通
過できないビーム２０は、真空チヤンバーの如き
減圧環境付与装置２６における石英窓のような窓
２４を通過する。

光電陰極および電子ビームは1.0×10^-6トル以
下の真空下になければならない。真空チヤンバー
２６は金属で構成し、望ましくない方向における
マイクロ波やＸ線を除去している。窓２４を通過
した後のビーム２０は１片の光電子放出材料２８
の表面２７に当る。それに応答して、光電子放出
材料２８は、光ビーム２０のパルス幅、および周
波数に従つたパルス幅および周波数を持つ電子ビ
ーム３０を発生する。

第２図において、“Ａ”は光パルスの幅を示し、
そして“Ｂ”は放出される光パルスの時間間隔を
示している。電子ビーム３０のパルス幅は光ビー
ム２０のパルス幅と同じであり、第３図において
示されているようなパルス幅“Ａ”を有してい
る。電子ビームパルス間における間隔は同様に第
３図における間隔“Ｂ”となつている。表面２７
から放出されたビーム３０における電子は、縁部
３４および３６を与えているキヤビテイと空隙と
を持つた無線周波共振器３２を通して加速される
が、その加速は、絶縁された電気的透通位置４４
および４６において真空チヤンバー２６の壁を通
過している電気的導線４０および４２を経て、電
源３８から共振器３２と光電子放出材料２８との
間に印加される高電圧によつて実施される。共振
器３２の共振周波数は光ビーム２０のパルス周波
数と同じか又はその高調波である。電源３８によ
る電子ビームの加速はそのエネルギーを増加さ
せ、このエネルギーは、例えばクライストロンに
おいて使用されている如きマイクロ波共振器とす
ることができる共振器３２に与えられる。共振器
３２は、その共振器内に無線周波数振動を作り出
すことによつて、急速に運動している電子から運
動エネルギーを吸収する。消費された電子はそれ
らの残存エネルギーを伴つて共振器３２を出て、
そして電子集収装置４８に受容される。それらの
残存エネルギーは集収装置において熱として放散
される。２次電子が集収装置４８から共振器３２
へ戻るのを防止するために、別な電源５０を導体
５２および５４になつて集収装置４８と共振器３
２との間に接続してもよい。導体５４は絶縁され
た電気的透通位置５６を通して真空チヤンバーへ
入り、導体５２は導体４２に対する透通位置４６
を共用している。

無線周波電力は、共振器自体内での無線周波フ
イールドと絞りすなわち結合ループ５８との相互
作用により、共振器３２から除去され、電気的に
絶縁された電気的透通部分６０を経て出る。電子
は、それらがキヤビテイ・フイールドにより減速
されるにつれて、そのキヤビテイ内に電磁放射を
作り出す。キヤビテイにおける磁界は、主として
方位角方向にあり、結合ループ５８はその磁界に
直角に向いていて、キヤビテイ・エネルギーを外
部の無線周波負荷に連結している。

光源１０は、真空包囲体内に組込まれてもよい
が、好ましき実施例に示されている如く外部に置
いてもよい。周波数偏移装置２２は、光源１０が
真空チヤンバーの外部にある場合でさえ真空チヤ
ンバー内に置かれてもよい。

第２図は、光ビームの強さを時間の関数として
示しており、各時間間隔“Ｂ”に対して時間
“Ａ”だけ“オン”にあるパルスを示している。
電子ビーム３０は光ビームと本質的に同じ構造を
有している。すなわち、時間に関連して光ビーム
２０を同じ強度を有している。

共振器３２上での点３４および３６間における
空隙を横切つた電圧“Ｖ”は、期間“Ｃ”を持つ
第３図において示されている正弦波として示すこ
とができる。第３図において、共振器を励起しそ
して電圧“Ｖ”を誘起するビーム３０における電
子は、時間“Ａ”の間に縁部３４および３６間の
空隙を横切るもので、基本モードにおいては無線
周波数期間“Ｃ”に等しい時間間隔“Ｂ”後に再
び繰返される。

レーザー組立体又は別な型式の光源１０は、そ
の光ビーム２０が共振器３２の共振周波数におい
て電子的パルス３０を発生するように同調され
る。パルス間の時間間隔“Ｂ”は鏡１６および１
８間の間隔により決定される。パルス幅“Ａ”は
レーザー１２およびモード鎖錠装置１４の特性に
よつて決定される。電子的パルスの幅“Ａ”に
は、無線周波期間“Ｃ”の約15％以下と云う値を
持たせることが望ましい。パルス間の時間間隔
“Ｂ”は共振器３２の容積により決定される“Ｃ”
の整数倍でなければならない。鏡１６および１８
間における間隔或は共振器３２の容積は“Ｂ”を
“Ｃ”の整数倍にするように調整されなければな
らず、そしてそれらは共に導管６０からの出力無
線周波数を変えるべく調整されなければならな
い。

光変調される無線周波放出器の出力周波数につ
いての上限は、鏡１６および１８を物理的に如何
に接近して配設できるかによつて決められる。現
在の技術では15cmのオーダーの鏡間隔が必要とさ
れ、この間隔によれば、1000MHzの基本的無線周
波出力をもたらす。より高い周波数は、その新し
い基本的周波数が電子パルス間隔“Ｂ”の整数分
の１であるように、共振器３２の容積を減少する
ことによつて得られる。この放出器の出力の下限
は物理的寸法の限界により決定され、数10MHzの
範囲にある低周波すなわち実際の場合には80〜
100MHzが限界である低周波においては、別な型
式の放出器が競合し得る。

好ましき実施例を利用して本発明を実施する場
合においては、光源は光スペクトルの紫外線範囲
における周波数を有するのが好ましく、低い仕事
関数を持つ金属の光電子放出面２７を照射する。
低い仕事関数を持つ材料の場合、各電子を送るの
に要する光学的エネルギーが少なくてよい。従つ
て、光電子放出面２７としては、低い仕事関数の
材料が望ましい。かゝる放出表面は、Li、Ma、
Mg、Ｋ、Ca、Rb、Sr、CsおよびBaのようなＩ
族および族の金属およびそれらの合金および化
合物により得られる。

例示の装置においては、モード鎖錠装置によつ
て約50ピコ秒だけターンオンされる1.17電子ボル
トの光子を放出するデオデイミアム・ヤグ
（deodymium−yag）レーザーが使用できる。こ
れは、パケツト“Ａ”、長さ1.5cmから成るビーム
を作り出す。鏡１６および１８は30cmだけ隔置さ
れていて、光パケツトを60cm隔置させるように
し、そこでのパケツトは時間において２ナノ秒だ
け分離されている。ビーム２０は、光子エネルギ
ーを4.68電子ボルト上に上昇させかつそのパルス
長を50ピコ秒から約15ピコ秒へと短縮する周波数
四倍器２２を通過する。石英窓が真空チヤンバー
に設けられていて、そのサポートの壁内を循環す
る水によつて冷却される純粋なマグネシウム表面
２７上へビーム２０を落とすようにさせる。マグ
ネシウムは約3.7電子ボルトの光電スレツシヨー
ルドを持つているので、電子はその表面から、そ
の表面に当る光と本質的に同じパルスとして放出
される。100kV、3Aの電源３８が光電子を共振
器３２に向けて加速する。共振器３２における縁
部３４および３６間の1.5cm空隙を横切る際に、
電子が無線周波フイールドを誘起する。電子は２
ナノ秒毎にその空隙を横切るので、共振器３２は
500MHzにおいて共振するべく同調される。電子
は空隙３４および３６間の無線周波電圧により減
速され、数キロボルトのエネルギーを持つてその
共振器を出て、そして電気的に接地５０へ短絡さ
れる電子収集装置に当る。この装置において、光
電子放出材料２８は高電圧にある成分のみであ
る。無線周波電力は結合ループと同軸伝送路６０
とを通してその共振器から除外される。包囲体２
６内における圧力は、酸素が通常光電子放出面に
対して有害であるので、10^-6トル以下に維持され
ている。

本発明の特徴および利点は如上の記述から明瞭
に理解されよう。しかしながら、特に挙げられて
ない種々な別な特徴および利点も、例示されてい
る好ましき実施例を参照することによつて当業者
にとつては明らかになるであろうし、特許請求の
範囲から逸脱することなく幾多の変更および修正
が達成されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例を示す説明
図、第２図は第１図に示した光源により発生する
光パルスを示すグラフ、および第３図は第１図の
実施例における電子流と無線周波出力との間の関
係を示すグラフである。 １０……光源、１２……レーザー、１４……モ
ード鎖錠装置、１６，１８……鏡、２０……光ビ
ーム、２２……周波数偏移装置、２４……窓、２
６……減圧環境付与装置、４４，４６，５６，６
０……電気的透通部、４８……電子集収装置、５
８……結合ループ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め選ばれた間隔で予め決められた時間にわ
   たつて光パルスを与えるための手段と； 所定の包囲された環境に対して少なくとも10^-6
   トルの減圧状態を与えるための手段と； 前記環境内にあつて、前記光パルスを受信しか
   つ前記光パルスの予め選ばれた間隔に従つた周波
   数を持つ電子ビームを発生するための手段と； 前記環境内に配設されている無線周波共振器
   と； 前記電子ビームを前記共振器を通して加速する
   ための手段と；そして、 前記共振器を通して横切る前記電子ビームによ
   り作り出される無線周波エネルギーを前記環境外
   へ伝達するための手段とから成ることを特徴とす
   る光変調される電子ビームにより駆動される無線
   周波放出器。 ２ 前記環境内に配設されていて、前記共振器を
   横切つた後の電子を収集するための手段を更に含
   んでいる特許請求の範囲第１項に記載の無線周波
   放出器。 ３ 二次電子が前記収集手段から前記共振器へと
   戻るのを防止するための手段を更に含んでいる特
   許請求の範囲第２項に記載の無線周波放出器。 ４ 前記光パルス付与手段はレーザーからなる特
   許請求の範囲第１項に記載の無線周波放出器。 ５ 前記光パルス付与手段は、前記パルスを形成
   するべく前記レーザーをモード鎖錠するための手
   段からなる特許請求の範囲第４項に記載の無線周
   波放出器。 ６ 前記モード鎖錠手段は電気光学的変調器から
   なる特許請求の範囲第５項に記載の無線周波放出
   器。 ７ 前記モード鎖錠手段は音響光学的変調器から
   なる特許請求の範囲第５項に記載の無線周波放出
   器。 ８ 前記モード鎖錠手段は受動の染料セルからな
   る特許請求の範囲第５項に記載の無線周波放出
   器。 ９ 前記パルス付与手段とそして前記パルス受信
   および電子ビーム発生手段との間に配設されてい
   て、前記光パルスの周波数を偏移させるための手
   段を更に含んでいる特許請求の範囲第１項に記載
   の無線周波放出器。 １０ 前記光パルス受信および電子ビーム発生手
   段は光電子放出面からなる特許請求の範囲第１項
   に記載の無線周波放出器。 １１ 前記光電子放出面は第Ｉ族および第族に
   おける金属のうちの少なくとも１つからなる特許
   請求の範囲第１０項に記載の無線周波放出器。 １２ 前記光パルス付与手段は前記包囲された環
   境の外に設けられていて、前記環境付与手段は前
   記光パルスを前記環境へと通過させるための手段
   を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載の無線
   周波放出器。 １３ 前記光パルス付与手段は前記環境内に配設
   されている特許請求の範囲第１項に記載の無線周
   波放出器。