KR101919417B1 - 다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치 - Google Patents
다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치 Download PDFInfo
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Abstract
다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치, 특히 테라헤르츠 대역의 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치가 개시된다. 개시된 전자기파 발진기는, 접힌 구조를 가지며 전자기파가 진행하는 도파관, 상기 접힌 도파관을 축 방향으로 관통하며 전자빔이 지나가는 전자빔 터널, 및 전자빔 터널 주위에 형성된 것으로 축 방향으로 도파관을 관통하는 적어도 하나의 보조 터널;을 포함할 수 있다.
Description
개시된 실시예들은 다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치에 관한 것으로, 특히 테라헤르츠 대역의 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치에 관한 것이다.
마이크로웨이브 주파수 대역과 광학 주파수 대역 사이에 놓여 있는 테라헤르츠(terahertz, 1012 Hz) 주파수 대역은 예컨대 분자 광학, 생물리학(biophysics), 의학(medical), 분광학(spectroscopy), 영상(imaging), 보안(security) 등의 분야에서 매우 중요한 주파수 대역이 될 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이러한 테라헤르츠 대역의 중요성에도 불구하고 물리적 및 공학적 한계로 인해 테라헤르츠파를 발생시키는 테라헤르츠 발진기나 증폭기에 대한 개발이 충분하지 않은 상태이다. 최근에는 여러 가지 새로운 이론 및 미세가공 기술의 발달로 인해 테라헤르츠 발진기나 증폭기에 대한 개발이 시도되고 있다.
예를 들어, 기존의 마이크로파 대역의 여러 발진기들의 주파수를 높이거나, 반도체 레이저나 펨토초 레이저 같은 광학 장치를 이용하여 작동주파수를 테라헤르츠 대역으로 변경시키는 등의 여러 가지 접근 방법이 시도되고 있다. 또한, 최근에는 미세전자기계시스템(MEMS; micro electro mechanical system) 기술로 제조된 3차원 미세구조물을 이용하여 소형화된 테라헤르츠 발진기를 만들기 위한 다양한 방안이 제시되고 있다.
MEMS 기술을 이용한 테라헤르츠 발진기의 예로서, 후진파 발진기(backward-wave oscillator)가 있다. 후진파 발진기는, 전자총에서 방출된 전자빔을 전자기파와 상호작용시켜 테라헤르츠파를 발진시키기 위하여, 전자기파를 공진시키는 캐비티 내에 전자빔 통로를 형성한 일종의 상호작용 회로이다. 이러한 테라헤르츠 상호작용 회로에서는 전자빔과 전자기파의 상호작용을 통해 전자빔의 에너지를 전자기파 에너지로 전달하는 메커니즘이 중요하다.
테라헤르츠 대역의 전자기파를 발진시키기 위한 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 다수회 반복하여 접힌 구조를 가지며 전자기파가 진행하는 통로인 제 1 도파관; 상기 제 1 도파관을 축 방향으로 관통하도록 배치되며, 전자빔이 지나가는 통로인 전자빔 터널; 및 상기 전자빔 터널과 나란하게 상기 제 1 도파관을 축 방향으로 관통하도록 배치되는 적어도 하나의 보조 터널;을 포함하는 전자기파 발진기가 제공된다.
예를 들어, 상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치될 수 있다.
또한, 상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에 적어도 하나가 배치될 수 있다.
또한, 상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치되고, 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에 적어도 하나가 배치될 수 있다.
적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에서 서로 동일한 높이에 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에서 서로 다른 높이로 인접하여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도파관은 상기 전자빔 터널의 양측에 각각 대향하여 배치되는 다수의 결합 공진기를 상기 제 1 도파관의 접힌 부분에 각각 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에 적어도 하나가 배치될 수 있다.
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치되고, 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에 적어도 하나가 배치될 수 있다.
또한, 적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에서 서로 다른 높이로 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 전자기파 발진기는, 상기 제 1 도파관과 연결된 제 1 단부와 전자기파 출력포트인 제 2 단부를 갖는 제 2 도파관; 상기 전자빔 터널의 제 1 단부와 연결되어 있으며, 전자빔이 입사하는 전자빔 입력포트; 및 상기 전자빔 터널의 제 2 단부와 연결되어 있으며, 전자빔이 배출되는 전자빔 배출포트;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 도파관은 제 1 단부에서 90도 굽은 구조를 가지며, 제 2 단부로 갈수록 넓어지는 테이퍼 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전자기파 발진기는, 제 1 표면을 갖는 하부 구조체; 및
상기 하부 구조체의 제 1 표면과 접합되는 제 2 표면을 갖는 상부 구조체;를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 도파관과 상기 전자빔 터널은 상기 하부 구조체의 제 1 표면과 상부 구조체의 제 2 표면에 걸쳐 형성될 수 있으며, 상기 보조 터널은 상기 하부 구조체와 상부 구조체 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 하부 구조체는, 하나의 제 1 비관통홀 및 상기 제 1 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 비관통홀이 형성되어 있는 제 1 기판; 및 하나의 제 3 비관통홀 및 상기 제 3 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 1 관통홀이 형성되어 있는 제 2 기판을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제 2 기판의 제 1 관통홀은 상기 제 1 기판의 제 2 비관통홀과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 구조체는, 하나의 제 1 비관통홀 및 상기 제 1 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 비관통홀이 형성되어 있는 제 3 기판; 및 하나의 제 3 비관통홀 및 상기 제 3 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 1 관통홀이 형성되어 있는 제 4 기판을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제 4 기판의 제 1 관통홀은 상기 제 3 기판의 제 2 비관통홀과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 기판과 제 4 기판은 서로 접합되어 있으며, 상기 제 2 기판의 제 3 관통홀과 제 4 기판의 제 3 비관통홀에 의해 상기 전자빔 터널이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판의 제 2 비관통홀, 상기 제 2 기판의 제 1 관통홀, 상기 제 4 기판의 제 1 관통홀, 및 상기 제 3 기판의 제 2 비관통홀에 의해 상기 제 1 도파관이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판의 제 1 비관통홀 및 상기 제 3 기판의 제 1 비관통홀에 의해 상기 보조 터널이 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하부 구조체는, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 개재되는 것으로 하나의 제 4 비관통홀 및 상기 제 4 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 관통홀이 형성되어 있는 제 5 기판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 구조체는, 상기 제 3 기판과 제 4 기판 사이에 개재되는 것으로 하나의 제 4 비관통홀 및 상기 제 4 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 관통홀이 형성되어 있는 제 6 기판을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제 5 기판의 제 4 비관통홀과 상기 제 6 기판의 제 4 비관통홀에 의해 상기 보조 터널이 각각 형성될 수 있다.
상기 전자기파 발진기는 상기 제 1 기판 내지 제 6 기판의 표면에 코팅되어 있는 금속 박막층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 상술한 구조를 갖는 전자기파 발진기; 상기 전자기파 발진기에 전자빔을 제공하는 전자총; 및 상기 전자기파 발진기로부터 배출된 전자빔을 수집하는 콜렉터;를 포함하는 전자기파 발생 장치가 제공될 수 있다.
상기 전자기파 발진기는, 예를 들어, 상기 제 1 도파관 내부를 진행하는 밀리미터파, 서브밀리미터파, 또는 테라헤르츠 주파수 대역의 전자기파가 상기 전자빔 터널을 진행하는 전자빔과의 상호작용을 통해 에너지를 얻도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들에 따른 전자기파 발진기는 전자빔이 지나가기 위한 전자빔 터널 이외에 적어도 하나의 추가적인 보조 터널을 이용하여, 도파관 내에서의 전자기파의 공진 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 추가적인 보조 터널은 전자기파를 전자빔 터널 근방에 효과적으로 집속시킴으로써 전자빔과 전자기파 사이의 상호작용이 효율적으로 일어날 수 있게 한다. 따라서, 출력되는 전자기파의 세기를 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 하부 구조체의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 상부 구조체의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 하부 구조체와 도 2에 도시된 상부 구조체를 결합하여 제조된 일 실시예에 따른 전자기파 발진기, 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 4a는 도 1에 도시된 전자기파 발진기의 하부 구조체의 A로 표시된 일 부분만을 확대한 부분 확대도로서, 제 1 도파관과 전자빔 터널의 구조를 보다 상세하게 도시한다.
도 4b는 도 1에 도시된 전자기파 발진기의 하부 구조체의 A로 표시된 일 부분에 대한 변형예를 개략적으로 보이는 부분 확대도이다.
도 5a는 도 4에 도시된 하부 구조체의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 하부 구조체 및 그와 동일한 구조를 갖는 상부 구조체가 결합된 전자기파 발진기의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 6은 하나의 전자빔 터널만을 갖는 전자기파 발진기의 공진 특성을 보이는 그래프이다.
도 7은 하나의 전자빔 터널과 2개의 보조 터널을 갖는 전자기파 발진기의 공진 특성을 보이는 그래프이다.
도 8은 터널이 전혀 없는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 공진 특성을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 9는 터널이 전혀 없는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 위상 특성을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 10은 하나의 전자빔 터널만을 갖는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 세기를 비교하여 보이는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11g는 전자빔 터널 주위에 형성되는 보조 터널의 다양한 배치예를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 상부 구조체의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 하부 구조체와 도 2에 도시된 상부 구조체를 결합하여 제조된 일 실시예에 따른 전자기파 발진기, 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 4a는 도 1에 도시된 전자기파 발진기의 하부 구조체의 A로 표시된 일 부분만을 확대한 부분 확대도로서, 제 1 도파관과 전자빔 터널의 구조를 보다 상세하게 도시한다.
도 4b는 도 1에 도시된 전자기파 발진기의 하부 구조체의 A로 표시된 일 부분에 대한 변형예를 개략적으로 보이는 부분 확대도이다.
도 5a는 도 4에 도시된 하부 구조체의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 하부 구조체 및 그와 동일한 구조를 갖는 상부 구조체가 결합된 전자기파 발진기의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 6은 하나의 전자빔 터널만을 갖는 전자기파 발진기의 공진 특성을 보이는 그래프이다.
도 7은 하나의 전자빔 터널과 2개의 보조 터널을 갖는 전자기파 발진기의 공진 특성을 보이는 그래프이다.
도 8은 터널이 전혀 없는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 공진 특성을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 9는 터널이 전혀 없는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 위상 특성을 비교하여 보이는 그래프이다.
도 10은 하나의 전자빔 터널만을 갖는 경우와 3개의 터널을 갖는 경우의 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 세기를 비교하여 보이는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11g는 전자빔 터널 주위에 형성되는 보조 터널의 다양한 배치예를 예시적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 하부 구조체의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다. 도 1을 참조하면, 전자기파 발진기의 하부 구조체(110)의 표면에는, 예를 들어, 테라헤르츠 대역의 전자기파가 생성되며 생성된 전자기파가 진행하는 통로의 역할을 하는 제 1 도파관(130), 상기 제 1 도파관(130)과 연결되어 있으며 전자기파를 출력시키는 제 2 도파관(134), 및 상기 제 1 도파관(130)을 관통하도록 축 방향으로 배치되어 있으며 전자빔이 지나가는 통로의 역할을 하는 전자빔 터널(131)이 형성될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자기파 발진기의 하부 구조체(110)의 표면에는, 전자빔 터널(131)의 일단과 연결되도록 하부 구조체(110)의 일측면을 관통하여 형성된 전자빔 입력포트(132)와 전자빔 터널(131)의 타단과 연결되도록 하부 구조체(110)의 타측면을 관통하여 형성된 전자빔 배출포트(133)가 형성될 수 있다. 따라서, 전자빔은 전자빔 입력포트(132)를 통해 전자기파 발진기에 입사한 후, 전자빔 터널(131)을 지나면서 전자기파와 상호작용하며, 상호작용 후의 나머지 전자빔이 전자빔 배출포트(133)를 통해 배출될 수 있다. 그리고, 제 2 도파관(134)의 단부에는 생성된 전자기파가 출력될 수 있도록 하부 구조체(110)의 측면을 관통하여 형성된 전자기파 출력포트(135)가 형성될 수 있다. 제 2 도파관(134)은 예를 들어, 제 1 도파관(130)과의 연결 부위에서 90도 굽어진 구조를 가지며, 또한 출력포토(135)와 가까워질수록 폭이 넓어지는 테이퍼 구조를 가질 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 제 2 도파관(134)의 구조는 단지 예시적인 것이며, 필요에 따라 다른 구조의 제 2 도파관(134)이 설계될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 상부 구조체의 구조를 보이는 개략적인 사시도이다. 도 2를 참조하면, 전자기파 발진기의 상부 구조체(120)의 표면에는, 도 1에 도시된 하부 구조체(110)와 마찬가지로, 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)가 형성될 수 있다. 상부 구조체(120)의 구조는 하부 구조체(110)의 구조와 실질적으로 동일하며, 단지 하부 구조체(110)의 구조와 거울 대칭 관계에 있다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 도 1에 도시된 하부 구조체(110) 위로 도 2에 도시된 상부 구조체(120)를 포개어 접합하면, 하부 구조체(110)의 표면에 형성된 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)가 상부 구조체(120)의 표면에 형성된 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)과 각각 정확하게 매칭될 수 있다.
이렇게 하부 구조체(110) 위로 상부 구조체(120)를 접합함으로써, 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)가 각각 완성될 수 있다. 이러한 점에서, 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)는, 하부 구조체(110)의 표면 및 그와 접합되는 상부 구조체(120)의 표면에 걸쳐 형성되어 있다고 볼 수 있다. 하부 구조체(110) 위로 상부 구조체(120)를 접합함으로써, 제 1 도파관(130), 제 2 도파관(134), 전자빔 터널(131), 전자빔 입력포트(132), 전자빔 배출포트(133) 및 전자기파 출력포트(135)를 그 내부에 갖는 하나의 전자기파 발진기가 완성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 하부 구조체(110)와 도 2에 도시된 상부 구조체(120)를 결합하여 제조된 일 실시예에 따른 전자기파 발진기(100), 및 상기 전자기파 발진기(100)를 포함하는 전자기파 발생 장치(200)를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이다. 도 3을 참조하면, 전자기파 발진기(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)를 포함한다. 도 3에서 전자기파 발진기(100)의 우측에는 전자빔 배출포트(133)와 전자기파 출력포트(135)가 도시되어 있다. 도 3에 도시되지는 않았지만, 전자기파 발진기(100)의 좌측에는 전자빔 입력포트(132)가 형성되어 있다.
이러한 전자기파 발진기(100)는, 특히 밀리미터파, 서브밀리미터파, 또는 테라헤르츠 주파수대역의 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생 장치(200)에 사용될 수 있다. 도 3을 참조하면, 전자기파 발생 장치(200)는 상술한 전자기파 발진기(100), 전자총(210) 및 콜렉터(220)를 포함할 수 있다. 전자총(210)은 전자기파 발진기(100)에 전자빔을 제공하는 역할을 한다. 전자총(210)으로부터 방출된 전자빔은 전자빔 입력포트(132)를 통해 전자기파 발진기(100)에 입력될 수 있다. 그런 후, 전자빔은 전자기파 발진기(100) 내부의 전자빔 터널(131)을 따라 진행하면서, 제 1 도파관(130)에서 공진하는 전자기파와의 상호작용을 통해 전자기파에 에너지를 전달할 수 있다. 전자기파에 에너지를 전달하고 남은 잔여 전자빔은 전자빔 배출포트(133)로 배출될 수 있으며, 배출된 전자빔은 콜렉터(220)에 의해 수집될 수 있다. 한편, 제 1 도파관(130)에서 전자빔과의 상호작용을 통해 증폭된 테라헤르츠 전자기파는 제 2 도파관(134)을 통해 전자기파 출력포트(135)로 출력될 수 있다. 상술한 바와 같이, 전자빔은 제 1 도파관(130)을 관통하는 전자빔 터널(131)을 따라 진행하며, 전자기파는 제 1 도파관(130)에서 생성된 후, 제 1 도파관(130)에서 전자빔과의 상호작용을 통해 증폭된다. 따라서, 출력 전자기파는 제 1 도파관(130)과 전자빔 터널(131)의 구조에 크게 영향을 받을 수 있다. 이러한 점에서, 전자빔와 전자기파의 상호작용을 위한 제 1 도파관(130)과 전자빔 터널(131)의 구조를 최적으로 설계하는 것이 유리할 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 전자기파 발진기(100)의 하부 구조체(110)의 A로 표시된 일 부분만을 확대한 부분 확대도로서, 제 1 도파관(130)과 전자빔 터널(131)의 구조의 한 예를 보다 상세하게 도시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 제 1 도파관(130)은 축 방향(여기서 축 방향은 전자빔이 진행하는 방향과 같다)을 따라 배열된 다수의 평행한 격막(137)들을 포함하고 있다. 다수의 격막(137)들은 인접한 다른 격막(137)들과 깍지낀(interdigitated) 형태로 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 따라서, 전자기파는 도 4a에서 가는 화살표로 표시된 바와 같이 제 1 도파관(130) 내에서 지그재그 형태로 진행하게 된다. 이러한 점에서 제 1 도파관(130)은 지그재그의 형태로 다수회 반복하여 접힌(folded) 도파관으로 볼 수 있다. 또한, 같은 방향으로 배치된 인접하는 두 격막(137)들 사이의 공간은 제 1 도파관(130)의 내부를 진행하는 전자기파가 공진할 수 있는 결합 공진기(coupled cavity)(138)의 역할을 하게 된다. 즉, 제 1 도파관(130)은 접힌 구조를 갖는 도파관으로서, 도파관이 접히는 각각의 부분들에 결합 공진기(138)가 각각 형성되어 있다. 결합 공진기(138)를 형성하기 위하여, 결합 공진기(138)가 형성될 부위의 격막(137)의 두께는 격막(137)의 다른 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
그리고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전자기파 발진기(100)는 다수회 반복하여 접힌 구조를 갖는 제 1 도파관(130)을 관통하는 전자빔 터널(131)을 포함한다. 비록 도 4a에는 전자빔 터널(131)이 단순한 홈의 형태로 도시되어 있지만, 도 3과 같이 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)가 결합되면 완전한 터널의 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전자빔 터널(131)은 다수의 격막(137)에 각각 연결되어 있으며 축 방향을 따라 배열된 다수의 섹션들로 이루어질 수 있다. 전자빔 터널(131)의 일단은 전자기파 발진기(100)의 일측에 형성된 전자빔 입력포트(132)와 연결되어 있다.
이러한 구조에서, 전자빔 입력포트(132)를 통해 입사한 전자빔은 도 4a에서 굵은 화살표로 표시된 바와 같이 전자빔 터널(131)을 따라 축 방향으로 일직선으로 진행하게 된다. 이때, 전자기 유도 현상에 의해 전자빔 주위에 전자기파가 발생한다. 이렇게 발생한 전자기파는 가는 화살표로 표시된 바와 같이 제 1 도파관(130) 내에서 지그재그 형태로 진행하게 된다. 즉, 전자기파의 진행 방향과 전자빔의 진행 방향이 반대이다. 이러한 점에서, 전자기파 발진기(100)는 일종의 후진파 발진기이다. 제 1 도파관(130)을 따라 진행하는 전자기파는 결합 공진기(138)에서 공진을 하게 되며, 또한 제 1 도파관(130)을 관통하여 진행하는 전자빔과의 상호작용으로 인해 전자빔으로부터 에너지를 얻게 된다. 특히, 제 1 도파관(130)이 접힌 구조를 갖기 때문에 전자기파는 지그재그로 진행하면서 진행 속도가 늦어지므로, 전자빔과 더욱 효율적으로 상호작용할 수 있다. 이러한 방식으로, 증폭 및 발진된 전자기파는 제 2 도파관(134)을 통해 전자기파 출력포트(135)로 출력될 수 있다.
또한, 도 4a의 사시도에 도시된 바와 같이, 전자기파 발진기(100)는 전자빔 터널(131) 이외에도 제 1 도파관(130)을 축 방향으로 관통하여 형성된 추가적인 보조 터널(139)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 보조 터널(139)은 제 1 도파관(130)의 바닥 부분에서 격막(137)의 하부를 관통하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)과 평행하게 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 전자빔은 전자빔 터널(131)에만 제공될 수도 있지만, 보조 터널(139)에도 전자빔이 제공되는 것도 가능하다. 이러한 보조 터널(139)의 기능 및 효과에 대해서는 이후에 더욱 상세하게 설명한다.
도 4a에서는 접힌 구조의 제 1 도파관(130)이 다수의 결합 공진기(138)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 결합 공진기를 갖지 않는 일반적인 접힌 구조의 도파관을 사용하는 것도 가능하다. 도 4b는 다른 예에 따른 제 1 도파관(130)의 구조를 개략적으로 보이는, 하부 구조체(110)의 A로 표시된 일 부분에 대한 부분 확대도이다. 도 4b를 참조하면, 제 1 도파관(130)은 다수회 반복하여 접힌 구조를 갖지만, 각각의 접힌 부분에 결합 공진기는 형성되어 있지 않다. 따라서, 격막(137)은 일정한 두께를 가질 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 도파관(130)의 접힌 부분이 둥글게 형성될 수도 있다.
도 5a는 상술한 보조 터널(139)을 나타내기 위하여 도 4a에 도시된 하부 구조체(110)의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 하부 구조체(110)는 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112)을 포함하는 두 개의 기판으로 이루어질 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(111)의 상부 표면에는 3개의 비관통홀이 형성되어 있다. 또한, 제 2 기판(112)의 상부 표면에는 중심부에 하나의 비관통홀이 형성되어 있으며, 상기 비관통홀의 양측에 각각 관통홀이 하나씩 형성되어 있다. 제 2 기판(112)의 두 관통홀은 제 1 기판(111)의 양측 가장자리에 형성된 두 개의 비관통홀과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112)은 예를 들어 실리콘으로 형성될 수 있으며, 이 경우 제 1 기판(111)의 상부 표면 및 비관통홀의 내벽과 바닥면에는 금속 박막층(113)이 코팅될 수 있다. 또한, 제 2 기판(112)의 상부 및 하부 표면, 비관통홀의 내벽과 바닥면, 및 관통홀의 내벽에도 금속 박막층(113)이 코팅될 수 있다. 그러나, 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112)은 전도성을 갖는 금속 또는 전도성을 갖는 다른 재료로 형성될 수도 있으며, 이 경우 금속 박막(113)은 코팅되지 않을 수 있다.
하부 구조체(110)는 상술한 구조를 갖는 제 1 기판(111)의 상부 표면과 제 2 기판(112)의 하부 표면을 서로 접합하여 형성될 수 있다. 두 기판(111, 112)은 큰 제약 없이 다양한 방법으로 접합될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 다이렉트 접합(Si direct bonding), 산화막 접합, 공융 접합(eutectic bonding) 또는 열압축(thermo-compressive bonding)에 의한 접합 등이 모두 가능하다. 접합시 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112)을 정확하게 정렬하기 위하여, 제 1 기판(111)의 하부 표면과 제 2 기판(112)의 하부 표면에는 정렬 패턴(114)이 미리 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112)을 접합하여 형성된 하부 구조체(110)는, 상부 표면의 중심부에 형성된 깊이가 상대적으로 낮은 하나의 제 1 비관통홀(140)과, 그 양측에 형성된 깊이가 상대적으로 깊은 두 개의 제 2 비관통홀(141)을 갖게 된다. 하부 구조체(110)에 상부 구조체(120)가 접합되면, 상기 제 1 비관통홀(140)은 전자빔 터널(131)이 되며, 제 2 비관통홀(141)은 결합 공진기(138)가 될 수 있다. 그리고, 하부 구조체(110)는 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112) 사이에 형성된 하나의 보조 터널(139)을 갖게 된다.
도 5b는 도 5a에 도시된 하부 구조체(110) 및 그와 동일한 구조를 갖는 상부 구조체(120)가 결합된 전자기파 발진기(100)의 B-B' 단면을 보이는 개략적인 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 하부 구조체(110)와 마찬가지로 상부 구조체(120)도 두 개의 기판(122, 121)으로 이루어질 수 있다. 상부 구조체(120)의 제 3 기판(121)은 하부 구조체(110)의 제 1 기판(111)과 동일한 구조를 가지며, 단지 제 1 기판(111)과 거울 대칭 관계에 있다는 점에서만 차이가 있다. 또한, 상부 구조체(120)의 제 4 기판(122)은 하부 구조체(110)의 제 2 기판(112)과 동일한 구조를 가지며, 제 2 기판(112)과 거울 대칭 관계에 있다는 점에서만 차이가 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 구조체(120)의 제 4 기판(122)과 하부 구조체(110)의 제 2 기판(112)을 접합함으로써 전자기파 발진기(100)가 형성될 수 있다. 전자기파 발진기(100)는 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)의 제 1 비관통홀(140)이 접합하여 형성된 전자빔 터널(131) 및 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)의 제 2 비관통홀(141)이 접합하여 형성된 결합 공진기(138)를 포함할 수 있다. 도 5b에는 전자빔 터널(131)의 단면과 결합 공진기(138)의 단면(즉, 제 1 도파관(130)의 단면)이 사각형으로 도시되어 있으나, 본 실시예는 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 전자빔 터널(131)과 결합 공진기(138)의 단면은 원형이나 타원형일 수도 있으며, 사각형 이외의 다각형 형태로 형성될 수도 있다.
도 5b는 격막(137)의 가장자리를 따른 B-B' 단면을 보이고 있기 때문에, 전자빔 터널(131)의 양측에 결합 공진기(138)가 배치된 것으로 도시되어 있지만, 단면 위치에 따라서 결합 공진기(138)의 위치와 갯수가 달라질 수도 있다. 예컨대, 도 4a를 참조하면, 전자빔 입력포트(132)와 가장 가까운 첫 번째 격막(137)의 중심부를 따른 단면의 경우, 결합 공진기(138)는 전자빔 터널(131)의 우측에만 배치된 것으로 보일 것이다. 그리고, 전자빔 입력포트(132)와 두 번째로 가까운 격막(137)의 중심부를 따른 단면의 경우, 결합 공진기(138)는 전자빔 터널(131)의 좌측에만 배치된 것으로 보일 것이다.
마찬가지로 도 5a에서, 제 1 기판(111)의 상부 표면에는 단면의 위치에 따라 중심부에 하나의 비관통홀이 형성되어 있으며, 상기 중심부에 형성된 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 추가적인 비관통홀이 형성된 것으로 보일 수도 있다. 또한, 제 2 기판(112)의 상부 표면에도, 단면의 위치에 따라 중심부에 하나의 비관통홀이 형성되어 있으며, 상기 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 관통홀이 형성된 것으로 보일 수 있다. 결과적으로 하부 구조체(110)의 상부 표면에는, 단면의 위치에 따라, 중심부에 형성된 깊이가 상대적으로 낮은 하나의 제 1 비관통홀(140)과, 상기 제 1 비관통홀(140)의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 깊이가 상대적으로 깊은 제 2 비관통홀(141)이 형성된 것으로 보일 수 있다.
도 4a에서 설명한 바와 같이, 결합 공진기(138)는 접힌 구조를 갖는 제 1 도파관(130)의 일부분이다. 또한, 전자기파 발진기(100)는 전자빔 터널(131)의 상부와 하부에 각각 형성된 추가적인 보조 터널(139)을 더 포함한다. 보조 터널(139)은 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112) 사이 및 제 3 기판(121)과 제 4 기판(122) 사이에 각각 형성되어 있다. 보조 터널(139)을 통해서도 전자빔이 진행할 수 있지만, 보조 터널(139)에는 전자빔이 제공되지 않고 전자빔 터널(131)에만 전자빔이 제공될 수도 있다. 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)과 나란하게 축 방향으로 형성될 수 있다. 도 5b에는 보조 터널(139)과 전자빔 터널(131)의 폭이 동일한 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 일 예일 뿐이며 설계에 따라서는 보조 터널(139)과 전자빔 터널(131)의 폭이 서로 달라질 수도 있다. 또한, 도 5b에는 보조 터널(139)의 단면이 사각형으로 도시되어 있으나, 본 실시예는 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 보조 터널(139)의 단면은 원형이나 타원형일 수도 있으며, 사각형 이외의 다각형 형태로 형성될 수도 있다.
이러한 보조 터널(139)은 제 1 도파관(130) 내에서, 특히 결합 공진기(138) 내에서의 전자기파의 공진 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 보조 터널(139)로 인하여, 제 1 도파관(130)을 따라 진행하는 전자기파가 전자빔이 지나는 전자빔 터널(131) 근방에 효과적으로 집속됨으로써 전자빔과 전자기파 사이의 상호작용이 효율적으로 일어날 수 있다. 그 결과, 전자기파 발진기(100)로부터 출력되는 전자기파의 세기가 증가할 뿐만 아니라, 전자기파의 대역폭도 넓어질 수 있다.
도 6 내지 도 10은 이러한 추가적인 보조 터널(139)로 인한 효과를 예시적으로 보이는 그래프이다.
먼저, 도 6은 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 전자기파 발진기의 공진 특성을 보이는 그래프이며, 도 7은 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 공진 특성을 보이는 그래프이다. 도 6 및 도 7의 그래프는 전자기파 발진기의 전자기파 출력포트(135)를 통해 다양한 주파수의 전자기파를 입력한 후, 제 1 도파관(130) 내에서 공진하면서 반사되어 되돌아 온 전자기파의 반사손실(return loss) 특성을 나타내는 것이다. 도 6 및 도 7의 그래프를 비교하여 보면, 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 전자기파 발진기에 비하여, 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 경우에 공진 대역폭이 더 증가할 뿐만 아니라, 제 1 도파관(130) 내에서 더욱 강한 공진일 일어난다는 것을 알 수 있다. 또한, 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 경우, 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 경우에 비해, 공진 주파수 대역 내에서 비교적 균일한 공진 일어난다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8은 제 1 도파관(130)이 그 내부에 터널을 갖지 않은 이상적인 공진기인 경우와 제 1 도파관(130) 내에 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)이 있는 경우의 공진 특성을 비교하여 보이는 그래프이며, 도 9는 출력 전자기파의 위상 특성을 비교하여 보이는 그래프이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 공진 특성이 이상적인 공진기의 공진 특성에 매우 가깝게 나타남을 알 수 있다.
마지막으로, 도 10은 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 세기와 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 출력 전자기파의 세기를 비교하여 보이는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 전자빔 터널(131)을 진행하는 전자빔의 전압에 따라 출력 전자기파의 세기가 달라짐을 알 수 있다. 특히, 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 출력 전자기파의 세기('○'으로 표시)가 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 세기('△'으로 표시)보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 전자빔의 전압이 약 13.0kV일 때, 하나의 전자빔 터널(131)만을 갖는 전자기파 발진기의 출력 전자기파의 세기는 약 6W 정도인 반면, 하나의 전자빔 터널(131)과 2개의 보조 터널(139)을 갖는 전자기파 발진기(100)의 출력 전자기파의 세기는 약 9W가 될 수 있다.
도 5b에는 전자빔 터널(131)의 상하측에 보조 터널(139)이 각각 하나씩 배치되는 예가 도시되어 있으나, 보조 터널(139)의 개수와 위치는 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도 11a 내지 도 11g는 전자빔 터널(131) 주위에 형성되는 보조 터널(139)의 다양한 배치예를 예시적으로 보이는 개략적인 단면도이다. 도 11a 내지 도 11g에서는, 편의상 금속 박막층(113)과 정렬 패턴(114)을 생략하였다. 또한, 도 11a 내지 도 11g에서도 편의상 전자빔 터널(131)의 양측에 결합 공진기(138)가 도시되어 있지만, 앞서 설명한 바와 같이, 단면의 위치에 따라서 결합 공진기(138)는 전자빔 터널(131)의 좌측과 우측 중에서 어느 한쪽에만 보일 수도 있다. 이하에서는, 도 11a 내지 도 11g가 도 4a의 B-B' 단면을 나타내는 것으로 설명한다.
먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)의 좌우측에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 예컨대, 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)과 결합 공진기(138)과 사이에 배치될 수 있다. 도 11a에는 보조 터널(139)의 높이가 전자빔 터널(131)의 높이와 같은 것으로 도시되어 있으나, 보조 터널(139)의 높이는 전자빔 터널(131)의 높이와 다를 수도 있다. 또한, 도 11b에 도시된 바와 같이, 전자기파 발진기(100)는 전자빔 터널(131)의 상하부와 좌우측에 각각 하나씩, 총 4개의 보조 터널(139)을 포함할 수도 있다. 그러나, 보조 터널(139)이 전자빔 터널(131)에 대해 반드시 대칭적으로 배치되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 전자빔 터널(131)의 상부측과 하부측 중 어느 하나에, 또는 좌측과 우측 중 어느 하나에만 보조 터널(139)이 배치될 수도 있다. 만약, 전자빔 터널(131)의 상부측과 하부측 중 어느 하나에만 보조 터널(139)이 배치되는 경우, 보조 터널(131)은 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 보조 터널(131)은 제 1 기판(111)과 제 3 기판(121) 중 어느 하나에만 형성될 수도 있다.
또한, 도 11c를 참조하면, 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)의 상하측에 각각 두개씩, 총 4개가 배치될 수도 있다. 이 경우, 전자기파 발진기(100)의 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)는 각각 3개의 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 구조체(110)는 제 1 기판(111)과 제 2 기판(112) 사이에 추가적으로 제 5 기판(115)을 더 포함할 수 있다. 제 5 기판(115)의 상부 표면에는 중심부에 하나의 비관통홀이 형성되어 있으며, 상기 비관통홀의 양측에 각각 관통홀이 하나씩 형성되어 있다. 제 5 기판(115)의 두 관통홀은 제 1 기판(111)의 양측 가장자리에 형성된 두 개의 비관통홀과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 상부 구조체(120)는 제 3 기판(121)과 제 4 기판(122) 사이에 추가적으로 제 6 기판(125)을 더 포함할 수 있다. 제 6 기판(125)은 제 5 기판(115)과 동일한 구조를 가지며, 단지 제 5 기판(115)과 거울 대칭 관계에 있다는 점에서만 차이가 있다. 이러한 구조의 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)를 접합하면, 앞서 설명한 것처럼, 전자빔 터널(131)과 결합 공진기(138)가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 보조 터널(139)은 제 1 기판(111)과 제 5 기판(115) 사이, 제 5 기판(115)과 제 2 기판(112) 사이, 제 3 기판(121)과 제 6 기판(125) 사이, 및 제 6 기판(125)과 제 4 기판(122) 사이에 각각 형성될 수 있다.
도 11d를 참조하면, 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)의 좌우측에 각각 두개씩, 총 4개가 배치될 수도 있다. 이 경우에는, 전자기파 발진기(100)의 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)가 각각 2개의 기판으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 11e에 도시된 바와 같이, 전자기파 발진기(100)는 전자빔 터널(131)의 상하부와 좌우측에 각각 두개씩, 총 8개의 보조 터널(139)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 도 11d에 도시된 바와 같이, 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)는 각각 3개의 기판으로 이루어질 수 있다.
도 11f는 전자빔 터널(131)의 상부측과 하부측에 보조 터널(139)이 각각 두개씩 형성된 경우로서, 상부측의 두 보조 터널(139)이 동일 높이에서 서로 인접하여 형성되어 있고, 하부측의 두 보조 터널(139)이 동일 높이에서 서로 인접하여 형성된 경우이다. 도 11f의 경우, 제 1 기판(111)과 제 3 기판(121)의 표면을 에칭하여 보조 터널(139)을 형성할 수 있다. 또한, 도 11g에 도시된 바와 같이, 제 2 기판(112)과 제 4 기판(122)의 저면(즉, 비관통홀이 형성된 표면의 반대쪽 표면)을 에칭하여 보조 터널(139)을 형성할 수도 있다. 도 11g의 경우, 상기 전자기파 발진기(100)는 전자빔 터널(131)의 좌측과 우측에서 서로 다른 높이에 형성된 보조 터널(139)을 포함하는 것으로 볼 수 있다. 도 11a 내지 도 11f에 도시된 바와 같이, 보조 터널(139)은 전자빔 터널(131)을 중심으로 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 보조 터널(139)의 위치와 개수에 따라 전자기파 발진기(100)의 하부 구조체(110)와 상부 구조체(120)는 2개, 3개 또는 그 이상의 기판으로 이루어질 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 다중 터널을 갖는 전자기파 발진기 및 상기 전자기파 발진기를 포함하는 전자기파 발생 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100.....전자기파 발진기 110.....하부 구조체
111.....제 1 기판 112.....제 2 기판
113.....금속 박막층 114.....정렬 패턴
115.....제 5 기판 120.....상부 구조체
121.....제 3 기판 122.....제 4 기판
125.....제 6 기판 130.....제 1 도파관
131.....전자빔 터널 132.....전자빔 입력포트
133.....전자빔 배출포트 134.....제 2 도파관
135.....전자기파 출력포트 137.....격막
138.....결합 공진기 139.....보조 터널
140.....제 1 비관통홀 141.....제 2 비관통홀
200.....전자기파 발생 장치 210.....전자총
220.....콜렉터
111.....제 1 기판 112.....제 2 기판
113.....금속 박막층 114.....정렬 패턴
115.....제 5 기판 120.....상부 구조체
121.....제 3 기판 122.....제 4 기판
125.....제 6 기판 130.....제 1 도파관
131.....전자빔 터널 132.....전자빔 입력포트
133.....전자빔 배출포트 134.....제 2 도파관
135.....전자기파 출력포트 137.....격막
138.....결합 공진기 139.....보조 터널
140.....제 1 비관통홀 141.....제 2 비관통홀
200.....전자기파 발생 장치 210.....전자총
220.....콜렉터
Claims (24)
- 다수회 반복하여 접힌 구조를 가지며 전자기파가 진행하는 통로인 제 1 도파관;
상기 제 1 도파관을 축 방향으로 관통하도록 배치되며, 전자빔이 지나가는 통로인 전자빔 터널; 및
상기 전자빔 터널과 나란하게 상기 제 1 도파관을 축 방향으로 관통하도록 배치되는 적어도 하나의 보조 터널;을 포함하며,
상기 제 1 도파관은 축 방향을 따라 배열된 다수의 평행한 격막을 포함하고, 상기 다수의 격막은 인접한 다른 격막과 깍지낀 형태로 서로 엇갈리게 배치되며,
상기 전자빔 터널과 보조 터널이 다수의 격막을 관통하여 배치되는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치되는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에 적어도 하나가 배치되는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치되고, 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에 적어도 하나가 배치되는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에서 서로 동일한 높이에 인접하여 배치되어 있는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 좌측 또는 우측에서 서로 다른 높이로 인접하여 배치되어 있는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도파관은 상기 전자빔 터널의 양측에 각각 배치되는 다수의 결합 공진기를 상기 제 1 도파관의 접힌 부분에 각각 포함하는 전자기파 발진기. - 제 7 항에 있어서,
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에 적어도 하나가 배치되는 전자기파 발진기. - 제 7 항에 있어서,
상기 보조 터널은 상기 전자빔 터널의 상부측 또는 하부측에 적어도 하나가 배치되고, 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에 적어도 하나가 배치되는 전자기파 발진기. - 제 7 항에 있어서,
적어도 2개의 보조 터널이 상기 전자빔 터널의 좌측과 상기 결합 공진기 사이에 또는 상기 전자빔 터널의 우측과 상기 결합 공진기 사이에서 서로 다른 높이로 인접하여 배치되어 있는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도파관과 연결된 제 1 단부와 전자기파 출력포트인 제 2 단부를 갖는 제 2 도파관;
상기 전자빔 터널의 제 1 단부와 연결되어 있으며, 전자빔이 입사하는 전자빔 입력포트; 및
상기 전자빔 터널의 제 2 단부와 연결되어 있으며, 전자빔이 배출되는 전자빔 배출포트;를 더 포함하는 전자기파 발진기. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 도파관은 제 1 단부에서 90도 굽은 구조를 가지며, 제 2 단부로 갈수록 넓어지는 테이퍼 구조를 갖는 전자기파 발진기. - 제 1 항에 있어서,
제 1 표면을 갖는 하부 구조체; 및
상기 하부 구조체의 제 1 표면과 접합되는 제 2 표면을 갖는 상부 구조체;를 더 포함하며,
상기 제 1 도파관과 상기 전자빔 터널은 상기 하부 구조체의 제 1 표면과 상부 구조체의 제 2 표면에 걸쳐 형성되어 있고,
상기 보조 터널은 상기 하부 구조체와 상부 구조체 중 적어도 하나에 형성되어 있는 전자기파 발진기. - 제 13 항에 있어서,
상기 하부 구조체는:
하나의 제 1 비관통홀 및 상기 제 1 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 비관통홀이 형성되어 있는 제 1 기판; 및
하나의 제 3 비관통홀 및 상기 제 3 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 1 관통홀이 형성되어 있는 제 2 기판을 포함하며,
상기 제 2 기판의 제 1 관통홀은 상기 제 1 기판의 제 2 비관통홀과 대응하는 위치에 형성되어 있는 전자기파 발진기. - 제 14 항에 있어서,
상기 상부 구조체는:
하나의 제 1 비관통홀 및 상기 제 1 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 비관통홀이 형성되어 있는 제 3 기판; 및
하나의 제 3 비관통홀 및 상기 제 3 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 1 관통홀이 형성되어 있는 제 4 기판을 포함하며,
상기 제 4 기판의 제 1 관통홀은 상기 제 3 기판의 제 2 비관통홀과 대응하는 위치에 형성되어 있는 전자기파 발진기. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 기판과 제 4 기판은 서로 접합되어 있으며, 상기 제 2 기판의 제 3 비관통홀과 제 4 기판의 제 3 비관통홀에 의해 상기 전자빔 터널이 형성되는 전자기파 발진기. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 제 2 비관통홀, 상기 제 2 기판의 제 1 관통홀, 상기 제 4 기판의 제 1 관통홀, 및 상기 제 3 기판의 제 2 비관통홀에 의해 상기 제 1 도파관이 형성되는 전자기파 발진기. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 제 1 비관통홀 및 상기 제 3 기판의 제 1 비관통홀에 의해 상기 보조 터널이 각각 형성되는 전자기파 발진기. - 제 16 항에 있어서,
상기 하부 구조체는, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 개재되는 것으로 하나의 제 4 비관통홀 및 상기 제 4 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 관통홀이 형성되어 있는 제 5 기판을 더 포함하는 전자기파 발진기. - 제 19 항에 있어서,
상기 상부 구조체는, 상기 제 3 기판과 제 4 기판 사이에 개재되는 것으로 하나의 제 4 비관통홀 및 상기 제 4 비관통홀의 좌측과 우측 중에서 적어도 한쪽에 제 2 관통홀이 형성되어 있는 제 6 기판을 더 포함하는 전자기파 발진기. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 5 기판의 제 4 비관통홀과 상기 제 6 기판의 제 4 비관통홀에 의해 상기 보조 터널이 각각 형성되는 전자기파 발진기. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 1 기판 내지 제 6 기판의 표면에 코팅되어 있는 금속 박막층을 더 포함하는 전자기파 발진기. - 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 전자기파 발진기;
상기 전자기파 발진기에 전자빔을 제공하는 전자총; 및
상기 전자기파 발진기로부터 배출된 전자빔을 수집하는 콜렉터;를 포함하는 전자기파 발생 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 전자기파 발진기는 상기 제 1 도파관 내부를 진행하는 밀리미터파, 서브밀리미터파, 또는 테라헤르츠 주파수 대역의 전자기파가 상기 전자빔 터널을 진행하는 전자빔과의 상호작용을 통해 에너지를 얻도록 구성되는 전자기파 발생 장치.
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