WO2019043942A1 - 電磁波発生器 - Google Patents

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WO2019043942A1
WO2019043942A1 PCT/JP2017/031771 JP2017031771W WO2019043942A1 WO 2019043942 A1 WO2019043942 A1 WO 2019043942A1 JP 2017031771 W JP2017031771 W JP 2017031771W WO 2019043942 A1 WO2019043942 A1 WO 2019043942A1
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WO
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electromagnetic wave
cavity
wave generator
conductor plate
generator according
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PCT/JP2017/031771
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English (en)
French (fr)
Inventor
大澤 孝
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/18Resonators
    • H01J23/20Cavity resonators; Adjustment or tuning thereof

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic wave generator.
  • Patent Document 1 discloses a magnetron that generates infrared light, visible light, ultraviolet light, X-rays, and the like.
  • the conventional magnetron comprises a substantially cylindrical anode having a plurality of resonant cavities, a cathode such as a filament inserted into the anode, and magnets disposed at both ends of the anode. For this reason, it is required to use a large-diameter anode to such an extent that a cathode such as a filament can be inserted.
  • the structure using the substantially cylindrical and large diameter anode has a problem that miniaturization is difficult.
  • the present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide an electromagnetic wave generator smaller than the conventional magnetron.
  • An electromagnetic wave generator includes: an oscillator including: a conductor plate having a cavity resonance portion; an electron emitter opposed to one surface of the conductor plate and emitting electrons to the conductor plate; And a magnetic field application unit for applying a magnetic field in a direction orthogonal to the plate surface of the conductor plate to the conductor plate, and the cavity resonance portion has a through hole bored in the conductor plate and a state opened to the through hole And a plurality of resonant cavities arranged around the entire circumference of the through hole.
  • an electromagnetic wave generator smaller than the conventional magnetron can be obtained.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a region surrounded by rectangles A-B-C-D shown in FIG. 1 and a cross-sectional view taken along a line A-A 'shown in FIG. 2B.
  • FIG. 2B is a rear view showing a state in which a part of the conductive plate in the electromagnetic wave generator according to Embodiment 1 of the present invention is enlarged.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by rectangles E-F-G-H shown in FIG. 2B.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing the direction of the current flowing from the first electrode to the second electrode in the conductor plate at a certain point in time when no magnetic field is applied.
  • FIG. 4B is an explanatory view showing the direction of the current flowing from the second electrode to the first electrode in the conductor plate at a time different from FIG. 4A in the case where the magnetic field is not applied.
  • FIG. 5A shows the direction of the force applied to the electrons moving from the second electrode to the first electrode in the conductor plate at a certain point in time when the magnetic field is applied, the trajectory of the electrons, and the first to second electrodes. It is an explanatory view showing the direction of the current which flows into.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing the direction of the current flowing from the first electrode to the second electrode in the conductor plate at a certain point in time when no magnetic field is applied.
  • FIG. 4B is an explanatory view showing the direction of the current flowing from the second electrode to the first electrode in the conductor plate at
  • FIG. 5B shows the direction of the force applied to the electrons moving from the first electrode to the second electrode, the trajectory of the electrons, and the second electrode at a point different from that in FIG. 5A in the state where the magnetic field is applied. It is an explanatory view showing the direction of the current which flows from the first electrode to the first electrode. From the second electrode to the first electrode in the conductor plate at a time when the direction of the current flowing from the first electrode to the second electrode in the conductor plate at a time when the magnetic field is applied is different from the direction at the time It is explanatory drawing which synthesize
  • FIG. 7A is an explanatory view showing the potential of the first electrode and the current value in the first electrode with respect to elapsed time.
  • FIG. 7B is an explanatory view showing the potential of the second electrode and the current value in the second electrode with respect to the elapsed time.
  • FIG. 7C is an explanatory view showing the magnitude of the current flowing from the first electrode to the second electrode with respect to the elapsed time.
  • FIG. 7D is an explanatory view showing the magnitude of the current flowing from the second electrode to the first electrode with respect to elapsed time. It is a rear view which shows the other cavity resonance part in the electromagnetic wave generator which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 21A is an enlarged view of a region surrounded by rectangles ABCD shown in FIG. 20, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 21B.
  • FIG. 21B is a rear view showing a state in which a part of the conductive plate and the induction member in the electromagnetic wave generator according to the third embodiment of the present invention is enlarged.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main part of the electromagnetic wave generator according to Embodiment 1 as viewed from the side.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a region surrounded by rectangles A-B-C-D shown in FIG. 1 and a cross-sectional view taken along the line AA 'shown in FIG. 2B.
  • FIG. 2B is a rear view showing an enlarged state of a part of the conductor plate in the electromagnetic wave generator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by rectangles E-F-G-H shown in FIG. 2B.
  • the electromagnetic wave generator 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • 1 is a conductor plate.
  • the conductor plate 1 is electrically connected to the positive electrode of the power source 2, and the negative electrode of the power source 2 is electrically connected to the electron emitter 3.
  • the electron emitter 3 is made of, for example, a metal plate such as copper, and is disposed to face one side of the conductor plate 1 with the gap 4 interposed therebetween. The electron emitter 3 emits electrons e to the conductor plate 1 when the power supply 2 is turned on.
  • the conductor plate 1 and the electron emitter 3 are accommodated in a container 5 for sealing.
  • the container 5 is made of a material having electromagnetic wave transparency, such as a dielectric.
  • the electromagnetic wave generator 100 is used to generate visible light
  • the container 5 is made of a light transmitting material such as glass, ceramic or transparent resin.
  • the inside of the container 5 is in a vacuum state, or the inside of the container 5 is filled with a gas such as neon or argon.
  • a gas such as neon or argon.
  • the conductor plate 1, the electron emitter 3 and the container 5 constitute an oscillator 6.
  • the oscillator 6 has a structure similar to that of a two-pole vacuum tube, and has the same characteristic as a vacuum tube diode. Therefore, if there is a diode having ideal characteristics, this diode can be substituted for the electron emitter 3 of the oscillator 6.
  • the magnetic field applicator 7 is constituted of, for example, a permanent magnet disposed on one side of the conductor plate 1 outside the oscillator 6.
  • the magnetic field applicator 7 is a magnetic field B in a direction completely orthogonal to the plate surface of the conductor plate 1 or in a direction substantially orthogonal (hereinafter collectively referred to as “orthogonal direction”), more specifically from the electron emitter 3 A substantially uniform magnetic field B in the direction toward the conductor plate 1 is applied to the conductor plate 1.
  • the oscillator 6 and the magnetic field applicator 7 constitute a main part of the electromagnetic wave generator 100.
  • the conductor plate 1 has a plurality of cavity resonators 11.
  • Each cavity resonance portion 11 is constituted by a through hole 12 formed in the conductor plate 1 and a plurality of through holes (hereinafter referred to as “resonance cavities”) 13 arranged along the entire circumference of the through hole 12.
  • the individual resonant cavities 13 have openings 14 for the through holes 12 and the electrodes 15 are constituted by the conductors between the adjacent openings 14. More specifically, a first electrode 15 A over the entire circumference and the second electrode 15 B are alternately disposed in the through hole 12.
  • each resonant cavity 13 is set according to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave W generated in the respective resonant cavity 13. More specifically, the creeping length L 1 of the inner wall portion 16 in each of the resonant cavity 13 is set to 1/2 of the value for the wavelength lambda.
  • the electromagnetic wave generator 100 is used to generate an electromagnetic wave W having a predetermined frequency f in a frequency range of 1 to 1000 terahertz (THz) (hereinafter referred to as “terahertz range”).
  • terahertz range terahertz
  • the frequency f of the electromagnetic wave W is 1 terahertz (THz)
  • the wavelength ⁇ is 300 micrometers ([mu] m)
  • creeping length L 1 is set to 150 micrometers ([mu] m).
  • the frequency f of the electromagnetic wave W is 1000 terahertz (THz)
  • the wavelength ⁇ is 0.3 micrometers ([mu] m)
  • creeping length L 1 is set to 0.15 micrometers ([mu] m).
  • the terahertz region includes a frequency corresponding to light such as far infrared light or visible light.
  • the electromagnetic wave W is far-infrared wavelength ⁇ has a value of about 5 ⁇ 25 [mu] m
  • creeping length L 1 is set to a value of about 2.5 ⁇ 12.5 .mu.m.
  • the wavelength ⁇ is a value of about 0.4 to 0.8 ⁇ m
  • the creepage length L 1 is set to a value of about 0.2 to 0.4 ⁇ m.
  • the electromagnetic wave W is a visible light yellow
  • the wavelength ⁇ is about 600 nanometers (nm)
  • creeping length L 1 is set to about 300 nm.
  • the number of resonant cavities 13 in each of the cavity resonant portions 11 is set to a number according to the magnitude of the electromagnetic wave W generated in each of the respective cavity resonant portions 11. That is, as the number of resonant cavities 13 increases, the output of the electromagnetic wave W gradually increases, and as the number of resonant cavities 13 decreases, the output of the electromagnetic wave W gradually decreases.
  • the size of the through hole 12 in each of the cavity resonant portions 11 depends on the output of the electromagnetic wave W and the number of resonant cavities 13 in the respective cavity resonant portions 11 and the size of each of the resonant cavities 13 at the frequency f. Is set. That is, the size of the through hole 12 is set by the size of the resonant cavity 13 provided around the through hole 12 and the number thereof.
  • the conductor plate 1 having such a cavity resonance portion 11 is formed by using, for example, a 3D printer. Alternatively, for example, it is formed by using a microfabrication technology such as plating, vapor deposition, deposition, or etching for forming a conductor pattern in an IC (Integrated Circuit). Or, for example, it is fabricated using a microfabrication technique for conductive materials in a so-called "metamaterial".
  • the maximum value of the thickness that can be shaped is a value similar to the wavelength ⁇ .
  • the thickness of the conductor plate 1 is set to a value smaller than the wavelength ⁇ .
  • the thickness of the conductor plate 1 is set to a value of 1/4 or less or a value of 1/8 or less of the wavelength ⁇ .
  • the plate area of the conductor plate 1 is set to a sufficiently large value with respect to the area of each of the cavity resonators 11. Specifically, for example, the plate area of the conductor plate 1 is set to a value two or more times or four or more times the area of the individual cavity resonant portions 11. Thus, the conductor plate 1 has a substantially plate-like outer shape.
  • each resonant cavity 13 has a substantially annular shape, but at high frequencies, the current flows only in the vicinity of the surface of the conductor due to the skin effect, and the inner wall portion 16 is between the electrodes 15 (first electrode 15 to be equivalent the thin strip-shaped conductor connecting between) the a and the second electrode 15 B, to form an electrical coil. Further, the first electrode 15 A and the second electrode 15 B which forms an opening 14 in each of the resonant cavity 13, in order to have a space capacity so as to face each other across the space, to form an electrical capacitor .
  • each resonant cavity 13 forms and comprises an electrical resonant circuit, more particularly an LC resonant circuit.
  • the oscillating current flows along the inner wall portion 16 in each resonant cavity 13. More specifically, current flowing the current I AB directed from the first electrode 15 A flowing to some point in the second electrode 15 B, the second electrode 15 B which flows at different times from the point to the first electrode 15 A and I BA flows alternately.
  • the current I AB at a certain point in time is a current in the clockwise direction (hereinafter referred to as “first rotation direction”) and a current in the counterclockwise direction (hereinafter referred to as “second rotation direction”). And current.
  • first rotation direction a current in the clockwise direction
  • second rotation direction a current in the counterclockwise direction
  • the current I BA at a time different from the current time includes the current in the first rotation direction and the current in the second rotation direction. That is, when the magnetic field B is not applied, the oscillating current (current I AB and current I BA ) of the resonant circuit reciprocates near the surface of the inner wall portion 16 of the resonant cavity 13 (first rotation direction and second direction Flow in both directions of rotation).
  • the magnetic field B is applied to the conductor plate 1. Therefore, as shown in FIG. 5A, the force F in the first rotational direction is applied to the electrons moving in the conductor plate 1 to form the current I AB . As a result, the orbit O of the electrons is bent in the first rotation direction, and only the current in the second rotation direction of the current I AB flows. Similarly, as shown in FIG. 5B, a force F in the first rotational direction is applied to the electrons moving in the conductor plate 1 to form the current I BA . As a result, the orbit O of the electrons is bent in the first rotation direction, and only the current in the second rotation direction of the current I BA flows.
  • the oscillating current (current I AB and current I BA ) flowing in the vicinity of the surface of the inner wall portion 16 of each resonant cavity 13 The current in the second rotational direction of the current I AB and the current in the second rotational direction of the current I BA flow alternately. That is, both flow in one direction (second rotation direction) through the inner wall portion 16 of the resonant cavity 13 in which the current I AB and the current I BA are different, and the path of the current flowing in each electrode 15 and the path of the flowing current Will be different.
  • FIG. 7A shows the potential V A of the first electrode 15 A and the current value I A at the first electrode 15 A with respect to the elapsed time.
  • Figure 7B shows the current I B in the potentials V B and the second electrode 15 B of the second electrode 15 B with respect to the elapsed time.
  • the through-holes 12 The number of electrodes 15 (resonant cavities 13) provided around the periphery is an even number.
  • FIG. 7C shows the magnitude of the current I AB with respect to the elapsed time.
  • FIG. 7D shows the magnitude of the current I BA with respect to the elapsed time.
  • each resonant cavity 13 emits light.
  • the electromagnetic wave generator 100 can be used as a light source.
  • the electromagnetic wave generator 100 of the first embodiment uses a substantially plate-shaped anode, that is, the conductor plate 1.
  • the thickness of the conductor plate 1 is set to a value smaller than the wavelength ⁇ . Therefore, the influence of the landing position of the electron e in the thickness direction of the conductor plate 1 on the amplification operation is small. Therefore, even if the cathode disposed opposite to one side of the conductor plate 1, that is, the electron emitter 3, the electromagnetic wave W is generated as in the conventional magnetron using the cathode inserted in the substantially cylindrical anode. Oscillation that is sufficient for
  • the axial direction of the substantially cylindrical anode ie, a substantially plate-shaped anode (conductor plate 1)
  • the diameter of the substantially cylindrical anode is smaller than that of the conventional magnetron formed by inserting the cathode into the substantially cylindrical anode.
  • the area can be reduced with respect to the direction, that is, the surface direction of the substantially plate-like anode (conductor plate 1). Therefore, the oscillator 6 can be miniaturized. As a result, an electromagnetic wave generator 100 smaller than the conventional magnetron can be realized.
  • the conventional magnetron is to apply a uniform magnetic field to the space between the cathode and the anode and to the resonant cavity in the anode by arranging magnets at both ends of the substantially cylindrical anode.
  • the oscillator 6 since the oscillator 6 is thin as described above, the oscillator 6 is brought close to the magnet (magnetic field application unit 7) to make the conductor plate 1 near the magnet.
  • the magnetic field B can be placed at a stronger position.
  • the oscillator 6 has a small area, even if the magnet (magnetic field applicator 7) is disposed only on one side of the conductor plate 1, the magnetic field B passing through the inside of the oscillator 6, ie, the magnetic field B applied to the conductor plate 1 Can be made substantially uniform. As a result, the number of magnets to be used can be reduced and reduced as compared to the conventional magnetron, so that the electromagnetic wave generator 100 can be further miniaturized.
  • the electromagnetic wave generator 100 can also be used to generate an electromagnetic wave W having a frequency f lower than the lowest frequency (that is, 1 THz) in the terahertz region. At this time, since the wavelength ⁇ is longer as the frequency f is lower, the individual resonant cavities 13 may be enlarged according to the wavelength ⁇ .
  • each resonant cavity 13 is not limited to the substantially circular shape used in the above description, and may be an elliptical shape or a polygonal shape.
  • the number of resonant cavities 13 in each of the cavity resonant portions 11 may be the number according to the magnitude of the electromagnetic wave W generated in each of the respective cavity resonant portions 11, and the example shown in FIG. It is not limited to.
  • the individual cavity resonators 11 may have a larger number of resonance cavities 13 than the example shown in FIG.
  • the plurality of cavity resonators 11 provided in the conductor plate 1 includes the first cavity resonator 11 and the second cavity resonator 11, and the first cavity resonator 11 is shown in FIG.
  • the second cavity resonator 11 may be as shown in FIG.
  • resonant cavities 13 of different sizes may be provided for each of the individual cavity resonant portions 11. Thereby, the electromagnetic waves W by several wavelength (lambda) can be generated simultaneously.
  • the plurality of cavity resonators 11 provided in the conductor plate 1 includes the first cavity resonator 11 and the second cavity resonator 11, and the size of the resonance cavity 13 in the first cavity resonator 11 Is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of the first visible light, and the size of the resonant cavity 13 in the second cavity resonator 11 is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of the second visible light
  • the color of the first visible light and the color of the second visible light may be different from each other. Thereby, visible light of a plurality of colors can be generated simultaneously.
  • a first cavity resonant portion 11 having a resonant cavity 13 having a size corresponding to the wavelength ⁇ of red visible light, and a resonant cavity 13 having a size corresponding to the wavelength ⁇ of green visible light may be provided in the conductor plate 1.
  • the two cavity resonant portions 11 may be provided in the conductor plate 1.
  • each individual cavity 13 may have a different size.
  • a plurality of resonant cavities 13 in each cavity portion 11 comprises a first and a resonant cavity 13 1 and 2 the second resonant cavity 13, the first resonant cavity 13 1 size is to second is the size of the resonant cavity 13 2 may be different from each other.
  • the electromagnetic waves W by several wavelength (lambda) can be generated simultaneously.
  • two or more resonance cavities 13 of a size corresponding to each wavelength ⁇ are continuously arranged. It is suitable. In the example shown in FIG. 9, eight first resonance cavities 131 are arranged in series, and sixteen second resonance cavities 132 are arranged in series. By increasing the number of continuous resonant cavities 13, the output of the electromagnetic wave W of each wavelength ⁇ can be made sufficiently large. In addition, by adjusting the number of continuous resonant cavities 13, it is also possible to set the size and ratio of the output of the electromagnetic wave W of each wavelength ⁇ .
  • the conductor plate 1 may have one cavity resonator 11.
  • the single cavity resonator 11 may be, for example, one shown in FIG. 3, one shown in FIG. 8, or one shown in FIG.
  • the electromagnetic waves W generated in the plurality of resonance cavities 13 have the same phase. Therefore, when the electromagnetic wave W to be output is light, coherent light is generated in each of the cavity resonators 11. For this reason, when the conductor plate 1 has one hollow resonant portion 11, the electromagnetic wave generator 100 generates coherent light. On the other hand, when the conductor plate 1 has a plurality of cavity resonant portions 11, the phases of the electromagnetic waves W generated for each of the cavity resonant portions 11 may be different. At this time, when the electromagnetic wave W to be output is light, the electromagnetic wave generator 100 generates incoherent light.
  • the electron emitter 3 may have a member that assists the emission of the electrons e (hereinafter referred to as “auxiliary member”). As a result, the electrons e are easily emitted from the electron emitter 3, so the output voltage of the power supply 2 necessary for the emission of the electrons e can be lowered.
  • the electron emitter 3 is formed of a metal plate, and an auxiliary member is formed of needle-like projections 8 provided on the surface of the metal plate facing the conductor plate 1. It may be
  • Each protrusion 8 is made of, for example, carbon nanofibers bonded vertically to the facing surface. The concentration of the electric field at the tip of each protrusion 8 makes the potential gradient of the space around the tip steep and the dielectric breakdown of the space is likely to occur at the tip. Electrons e are easily emitted.
  • the electron emitter 3 is formed of a metal plate, and provided with an auxiliary member formed of an oxide such as barium or strontium applied to the surface of the metal plate facing the conductor plate 1 It may be Since these oxides have a small work function, electrons e are easily emitted.
  • the electron emitter 3 may be configured of a heat generating member such as a filament (hereinafter referred to as a "heat generating member"). That is, electrons e emitted from the electron emitter 3 may be thermal electrons. As a result, the electrons e are easily emitted from the electron emitter 3, so the output voltage of the power supply 2 necessary for the emission of the electrons e can be lowered.
  • the electron emitter 3 may be constituted by a plurality of filaments, and a power supply 9 for heating these filaments may be provided. The filament heating power supply 9 is provided separately from the power supply 2 shown in FIG.
  • the electron emitter 3 may be constituted by a heat generating member and may have an auxiliary member. As a result, the electrons e are more easily emitted from the electron emitter 3, so the output voltage of the power source 2 necessary for the emission of the electrons e can be further lowered.
  • the electromagnetic wave generator 100 is disposed so as to face the conductor plate 1 having the cavity resonant portion 11 and one side of the conductor plate 1 and emits electrons e to the conductor plate 1.
  • An oscillator 6 including an electron emitter 3 and a magnetic field application unit 7 for applying a magnetic field B in a direction orthogonal to the plate surface of the conductor plate 1 to the conductor plate 1; It is constituted by a bored through hole 12 and a plurality of resonant cavities 13 arranged over the entire circumference of the through hole 12 in a state of being opened to the through hole 12.
  • the oscillator 6 can be miniaturized as compared with the conventional magnetron using a substantially cylindrical and large-diameter anode.
  • an electromagnetic wave generator 100 smaller than the conventional magnetron can be obtained.
  • the electron emitter 3 is configured of a heat generating member that emits thermal electrons.
  • the electrons e are easily emitted from the electron emitter 3, so the output voltage of the power supply 2 necessary for the emission of the electrons e can be lowered.
  • the electromagnetic wave generator 100 can be easily handled, and the electromagnetic wave W can be easily generated.
  • the electron emitter 3 has an auxiliary member that assists the emission of the electron e by the electron emitter 3.
  • the electrons e are easily emitted from the electron emitter 3, so the output voltage of the power supply 2 necessary for the emission of the electrons e can be lowered.
  • the electromagnetic wave generator 100 can be easily handled, and the electromagnetic wave W can be easily generated.
  • the size of the resonant cavity 13 is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave W having the frequency f in the terahertz region. Thereby, the electromagnetic wave W having the frequency f in the terahertz region can be generated using the small-sized electromagnetic wave generator 100.
  • the size of the resonant cavity 13 is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of light. Thereby, light such as infrared light or visible light can be generated using the small electromagnetic wave generator 100.
  • the resonant cavity 13 is a first and resonant cavity 13 1 first comprises a second and a resonant cavity 13 2, first the size of the resonant cavity 13 1 and the magnitude of the second resonant cavity 13 2 are different from each other configurations Do.
  • the electromagnetic waves W by several wavelength (lambda) can be generated simultaneously.
  • a plurality of cavity resonant portions 11 are provided in the conductor plate 1.
  • the total number of resonant cavities 13 in the conductor plate 1 can be increased.
  • the output of the electromagnetic wave W by each resonant cavity 13 is small, the output of the electromagnetic wave W by the entire electromagnetic wave generator 100 can be made to have a sufficient magnitude.
  • the cavity resonance unit 11 includes a first cavity resonance unit 11 and a second cavity resonance unit 11, and the size of the resonance cavity 13 in the first cavity resonance unit 11 and the resonance cavity in the second cavity resonance unit 11
  • the sizes of 13 are different from each other.
  • the size of the resonant cavity 13 in the first cavity resonant portion 11 is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of the first visible light
  • the size of the resonant cavity 13 in the second cavity resonant portion 11 Is set to a size corresponding to the wavelength ⁇ of the second visible light, and the color of the first visible light and the color of the second visible light are different from each other. Thereby, visible light of a plurality of colors can be generated simultaneously.
  • the conductor plate 1 and the electron emitter 3 are accommodated in a container 5, and the inside of the container 5 is in a vacuum state or a gas is sealed in the inside of the container 5. Vacuuming the interior of the container 5 can replace the electron emitter 3 of the oscillator 6 with a corresponding diode, since the oscillator 6 has a structure similar to a double-pole vacuum tube or vacuum tube diode.
  • the electron e is easily emitted from the electron emitter 3 by enclosing a gas such as neon or argon inside the container 5, the output voltage of the power source 2 necessary for the emission of the electron e can be lowered. it can.
  • the electromagnetic wave generator 100 can be easily handled, and the electromagnetic wave W can be easily generated.
  • the magnetic field applicator 7 is disposed on one side of the conductor plate 1 outside the oscillator 6.
  • the conductor plate 1 can be disposed closer to the position where the magnetic field B of the magnetic field applicator 7 is stronger.
  • a substantially uniform magnetic field B can be applied to the conductor plate 1.
  • the current I AB and the current I BA alternately flow to form individual electrodes 15 (first electrodes The potential at 15 A and the second electrode 15 B ) oscillates in the positive and negative directions.
  • first electrodes The potential at 15 A and the second electrode 15 B oscillates in the positive and negative directions.
  • the potential V A of the first electrode 15 A and the potential V B of the second electrode 15 B is opposite polarities, are electrically complementary.
  • the opening width of the individual openings 14, that is, the separation distance between the first electrode 15 A and the second electrode 15 B adjacent to each other is minute. Therefore, as if the electrical complementarity and electrical interference between the first electrode 15 A and the second electrode 15 B adjacent to each other, macroscopically all electrodes 15 have the same potential, more Specifically, it is observed as if it were a reference potential. That is, in the cavity resonance unit 11 in which the plurality of resonance cavities 13 are arranged in order, the electromagnetic wave W generated inside is difficult to be output to the outside of the respective cavity resonance units 11.
  • the electromagnetic wave generator 100 according to the second embodiment is provided with a part (hereinafter referred to as "output part") for outputting the electromagnetic wave W generated in each of the cavity resonance parts 11 to the outside of the respective cavity resonance parts 11. It is Hereinafter, specific examples of the output unit will be described with reference to each of FIGS.
  • the same components as those of the electromagnetic wave generator 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the output portion is configured by the protrusion 21 formed on the conductor plate 1. More specifically, the protrusion 21 is provided on any one of the plurality of electrodes 15 in each of the cavity resonant portions 11.
  • the length L 2 of the projection 21 is set to 1/4 of the value for the wavelength lambda, the projections 21 are those functions of the rod-shaped antenna (rod antenna).
  • the potential vibrates in the positive and negative directions at the tip of the protruding protrusion 21 with respect to the cavity resonant portion 11 of the reference potential.
  • the electromagnetic wave W can be released into space from the protrusion 21.
  • a protrusion 21 may be provided on each of two or more electrodes 15 among the plurality of electrodes 15.
  • the length L 2 of the projections 21 is in accordance with the wavelength lambda. Therefore, in the case where the individual cavity resonant portions 11 simultaneously generate electromagnetic waves W of a plurality of wavelengths ⁇ , even if the individual cavity resonant portions 11 are provided with the protrusions 21 having different lengths L 2 from each other. good.
  • the first protrusions 21 1 have a length L 2 of the quarter with respect to the wavelength ⁇ of an electromagnetic wave W generated in the first resonant cavity 13 1, a second resonant cavity 13 2 the second projection 21 2 and may be one which is provided having a length L 2 of the quarter with respect to the wavelength of the electromagnetic wave W lambda generated in the.
  • the protrusions 21 are provided such that the longitudinal direction thereof is along the plate surface of the conductor plate 1.
  • the protrusions 21 are provided such that the longitudinal direction thereof is along the direction orthogonal to the plate surface of the conductor plate 1, and the protrusions 21 protrude on the surface side of the conductor plate 1. It may be the one that protrudes on the back surface side of the conductor plate 1, or it may be a combination of these as shown in FIG.
  • the rod-like antenna has directivity for strongly outputting the electromagnetic wave W in the orthogonal direction to the longitudinal direction of the rod. Therefore, when the output parts as shown in each of FIGS. 13 to 15 are provided, the electromagnetic wave generator 100 has directivity for outputting the electromagnetic wave W in the direction orthogonal to the plate surface of the conductor plate 1. On the other hand, when the output unit as shown in FIG. 16 is provided, the electromagnetic wave generator 100 has directivity for outputting the electromagnetic wave W in the direction along the surface of the conductor plate 1.
  • the polarization direction of the electromagnetic wave output from the rod-shaped antenna is a direction along the longitudinal direction of the rod. Therefore, when the number of the protrusions 21 in the entire conductor plate 1 is one, or the number of the protrusions 21 in the entire conductor plate 1 is plural, the longitudinal directions of the protrusions 21 are all the same. In this case, the electromagnetic wave generator 100 generates an electromagnetic wave W of a single polarization.
  • the electromagnetic wave generators 100 have polarization directions different from each other. A plurality of different electromagnetic waves W are generated at the same time. Thereby, if the electromagnetic wave W to be output is light, it is possible to realize light close to natural light in which light of a plurality of polarization directions is mixed.
  • the output portion is configured by the widening portion 23 in the groove 22 formed in the conductor plate 1. More specifically, a groove 22 communicating with the through hole 12 is provided in place of any one of the plurality of resonant cavities 13 in each of the cavity resonant portions 11. Groove 22 has a widened portion 23, the length of the width L 3 of the groove 22 in the widening section 23 is set to 1/2 of the value for the wavelength lambda. As a result, the widening section 23 functions as a slot antenna.
  • the potentials at both ends 24 A and 24 B corresponding to the direction of the opposing width of the widening section 23 vibrate in the positive and negative directions respectively, and at each time, the potential at the first end 24 A and the second end since the opposite polarities to the potential of the section 24 B, the widening section 23 can be considered as equivalent to a dipole antenna of half wavelength of the both end portions 24 a, 24 B and both tips. That is, the potentials at both ends 24 A and 24 B of the widened portion 23 vibrate in the positive and negative directions as if there is a dipole antenna there. As a result, the electromagnetic wave W is emitted from the widening section 23 into space.
  • the creeping length L 4 of the inner wall portion of the groove 22, that is, the creeping length L 4 between the first electrode 15 A and the second electrode 15 B adjacent to each other is set to a value of n + 1/2 with respect to the wavelength ⁇ n is an integer of 1 or more).
  • Creeping length L 5A between the first electrode 15 A and the first end 24 A is set to a value of n / 2 with respect to the wavelength lambda.
  • a second electrode 15 B creeping length L 5B between the second end 24 B is set to a value of n / 2 with respect to the wavelength lambda.
  • grooves 22 may be provided instead of each of any two or more of the plurality of resonance cavities 13 in each of the cavity resonance parts 11.
  • the dimensions (width L 3 and creeping lengths L 4 , L 5A , L 5B ) of the groove 22 correspond to the wavelength ⁇ . Therefore, in the case where the individual cavity resonators 11 simultaneously generate electromagnetic waves W of a plurality of wavelengths ⁇ , the grooves 22 having different dimensions may be provided in the individual cavity resonators 11.
  • the slot antenna has directivity for strongly outputting the electromagnetic wave W in the orthogonal direction to the direction of the width of the opposite slot. Therefore, when the output unit shown in FIG. 17 or 18 is provided, the electromagnetic wave generator 100 has directivity for outputting the electromagnetic wave W in the direction orthogonal to the plate surface of the conductor plate 1.
  • the polarization direction of the electromagnetic wave output from the slot antenna is in the direction along the direction of the width of the corresponding slot. Therefore, in the case where the number of grooves 22 in the entire conductor plate 1 is one, or the number of grooves 22 in the entire conductor plate 1 is plural, and in the wide portions 23 provided in these grooves 22.
  • the electromagnetic wave generator 100 When the directions of the opposing widths are all the same, the electromagnetic wave generator 100 generates an electromagnetic wave W of a single polarization.
  • the electromagnetic wave generator 100 A plurality of electromagnetic waves W having different polarization directions are simultaneously generated. Thereby, if the electromagnetic wave W to be output is light, it is possible to realize light close to natural light in which light of a plurality of polarization directions is mixed.
  • any one of the plurality of electrodes 15 in each of the cavity resonant portions 11 is electrically connected to one end of the output wire 25, and this electrical connection is made.
  • the output unit is configured by.
  • a waveguide or a horn antenna (not shown) is electrically connected to the other end of the output wire 25.
  • the output part shown in FIG. 19 is the same as the output part in the conventional magnetron, and thus the detailed description is omitted.
  • the output unit shown in FIG. 19 is preferably used when generating an electromagnetic wave W having a wavelength ⁇ longer than this, that is, generating an electromagnetic wave W having a frequency f lower than the lowest frequency in the terahertz region. is there.
  • the cavity resonance unit 11 has an output unit that outputs the electromagnetic wave W generated in the cavity resonance unit 11 to the outside of the cavity resonance unit 11.
  • the electromagnetic waves W generated in the individual cavity resonant portions 11 can be efficiently output to the outside of the individual cavity resonant portions 11 using the power supplied from the power supply 2.
  • the output portion is constituted by a protrusion 21 formed on the conductor plate 1.
  • the output unit can be realized by the protrusions 21 illustrated in each of FIGS.
  • the output portion is constituted by the widening portion 23 in the groove 22 formed in the conductor plate 1.
  • an output part can be realized by the groove 22 illustrated in FIG. 17 or FIG.
  • the output portion can be realized by the plurality of projections 21 or the plurality of grooves 22 provided in each of the cavity resonant portions 11.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing the main part of the electromagnetic wave generator according to Embodiment 3 as viewed from the side.
  • FIG. 21A is an enlarged view of a region surrounded by rectangles A-B-C-D shown in FIG. 20, and a cross-sectional view taken along the line AA 'shown in FIG. 21B.
  • FIG. 21B is a rear view showing a state in which a part of the conductor plate and the induction member in the electromagnetic wave generator according to the third embodiment is enlarged.
  • the electromagnetic wave generator 100 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 21.
  • FIG. The same components as those of the electromagnetic wave generator 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • a member for guiding electrons e emitted from the electron emitter 3 between the electron emitter 3 and the conductor plate 1 to the cavity resonance portion 11 of the conductor plate 1, preferably to the tip of the electrode 15 (hereinafter referred to as “induction member” ) Is provided.
  • the induction member is constituted by the insulator layer 31 provided on the surface of the conductor plate 1 facing the electron emitter 3. As shown in FIG. 21, the insulator layer 31 is provided at a portion (at least a portion excluding the tip of the electrode 15) of the facing surface excluding the cavity resonance portion 11.
  • the electrons e emitted from the electron emitter 3 land on a portion of the conductor plate 1 different from the cavity resonant portion 11.
  • the electron e emitted from the electron emitter 3 can be prevented from landing on the portion of the conductor plate 1 which does not contribute to the oscillation.
  • needle-like protrusions 8 made of carbon nanofibers or the like are intensively disposed in a portion of the electron emitter 3 facing the electrode 15.
  • These projections 8 are the same as the projections 8 in the auxiliary member described with reference to FIG. 10 in the first embodiment.
  • the output voltage of the power source 2 is set to such a value that electrons e are emitted from the tip of the projection 8 and the electron e is not emitted from the surface of the electron emitter 3 where the projection 8 is not provided.
  • the same insulator layer 31 a as the insulator layer 31 provided on the conductor plate 1 is formed on the surface portion where the protrusions 8 are not provided.
  • electrons e can be emitted intensively toward the electrode 15 from the electrode 15 of the electron emitter 3 or a portion facing the space surrounded by the electrode 15.
  • the electron e emitted from the electron emitter 3 is preferably the hollow resonance portion 11 of the conductor plate 1.
  • a guide member is provided to guide the tip of the electrode 15.
  • FIGS. 24 to 27 Various modifications of the electromagnetic wave generator will be described with reference to FIGS. 24 to 27.
  • the same components as those of the electromagnetic wave generator 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Also, in each of FIGS. 24 to 26, the power supply 2 is not shown.
  • the magnetic field application unit 7 may be configured of two permanent magnets, and the oscillator 6 may be disposed between the two permanent magnets.
  • the magnetic field B passing through the inside of the oscillator 6, that is, the magnetic field B applied to the conductor plate 1 can be made a uniform magnetic field.
  • These permanent magnets may be supported by a yoke 41 forming a magnetic circuit.
  • the magnetic field applicator 7 is a permanent magnet disposed on one side of the conductor plate 1 outside the oscillator 6, and a member for concentrating the magnetic field generated by the permanent magnet with respect to the oscillator 6. It may be configured by (hereinafter referred to as "concentrating member").
  • concentration member for example, a magnetic lens 42 configured by a truncated cone yoke can be used.
  • the electromagnetic wave generator 100 may have a member for controlling the output direction of the electromagnetic wave W generated by the oscillator 6 (hereinafter referred to as “control member”).
  • control member a member for controlling the output direction of the electromagnetic wave W generated by the oscillator 6
  • FIG. 24 shows an example using a prism 43 as a control member
  • FIG. 25 shows an example using a reflecting plate 44 as a control member
  • FIG. 26 shows an example using a lens 45 as a control member.
  • the prism 43 is a prism for an electromagnetic wave made of a dielectric.
  • the electromagnetic wave generator 100 generates visible light
  • the reflector 44 is a reflector for electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave generator 100 when the electromagnetic wave generator 100 generates visible light, it is preferable to use an optical reflecting plate as the reflecting plate 44.
  • the lens 45 is an electromagnetic wave lens made of a dielectric.
  • the electromagnetic wave generator 100 when the electromagnetic wave generator 100 generates visible light, it is preferable to use an optical lens made of glass or transparent resin as the lens 45.
  • the magnetic field applicator 7 may use an electromagnet instead of a permanent magnet.
  • the electromagnet has, for example, a substantially rod-like core 46 integrally formed with the magnetic lens 42 and a coil 47 constituted by an electric wire wound around the core 46.
  • the power supply 2 may be shared by the power supply to the oscillator 6 and the energization of the coil 47. That is, the oscillator 6 and the coil 47 may be connected in series.
  • the core 46 may have a characteristic of a permanent magnet, and the magnetic field emitted by the coil 47 may be added to the magnetic field emitted by the permanent magnet.
  • the electromagnetic wave generator 100 includes the control member that controls the output direction of the electromagnetic wave W generated by the oscillator 6.
  • the output direction of the electromagnetic wave W can be controlled by providing a control member such as the prism 43, the reflection plate 44 or the lens 45.
  • the electromagnetic wave W can be output in any direction.
  • the magnetic field applicator 7 has a concentration member for concentrating the magnetic field on the oscillator 6.
  • a concentration member such as the magnetic lens 42, even if the magnetic force of the magnet used for the magnetic field applicator 7 is weak, a magnetic field B sufficient to generate the electromagnetic wave W can be applied to the conductor plate 1 it can.
  • a coil 47 connected in series to the oscillator 6 is used as the magnetic field applicator 7.
  • the present invention allows free combination of each embodiment, or modification of any component of each embodiment, or omission of any component in each embodiment. .
  • the electromagnetic wave generator of the present invention can be used to generate an electromagnetic wave having a frequency in the terahertz (THz) region.
  • THz terahertz
  • it can be used to generate light such as infrared light or visible light.
  • Reference Signs List 1 conductor plate, 2 power source, 3 electron emitter, 4 gap, 5 container, 6 oscillator, 7 magnetic field applicator, 8 protrusion, 9 power source, 11 cavity resonance portion, 12 through hole, 13, 13 1 , 13 2 resonance cavity , 14 openings, 15, 15 A , 15 B electrodes, 16 inner walls, 21, 21 1 , 21 2 projections, 22 grooves, 23 widening portions, 24 A , 24 B ends, 25 output wires, 31, 31 a insulation Body layer, 41 yoke, 42 magnetic lens, 43 prism, 44 reflector, 45 lens, 46 core, 47 coil, 100 electromagnetic wave generator.

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

電磁波発生器(100)は、空洞共振部(11)を有する導体板(1)と、導体板(1)の片面と対向配置されており、導体板(1)に対して電子(e)を放出する電子放出器(3)と、を含む発振器(6)と、導体板(1)の板面に対する直交方向の磁界(B)を導体板(1)に印加する磁界印加器(7)と、を備え、空洞共振部(11)は、導体板(1)に穿たれた貫通孔(12)と、貫通孔(12)に対して開口した状態にて貫通孔(12)の全周に亘り配列された複数個の共振空洞(13)とにより構成されている。

Description

電磁波発生器
 本発明は、電磁波発生器に関する。
 従来、電磁波の発生にマグネトロンが用いられている。例えば、特許文献1には、赤外線、可視光、紫外線及びX線などを発生させるマグネトロンが開示されている。
国際公開第2001/097250号
 従来のマグネトロンは、複数個の共振空洞を有する略筒状の陽極と、陽極内に挿通されたフィラメントなどの陰極と、陽極の両端部にそれぞれ配置された磁石とを具備するものである。このため、フィラメントなどの陰極を挿通することができる程度に太径の陽極を用いることが求められる。かかる略筒状かつ太径の陽極を用いた構造により、小型化が困難であるという問題があった。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来のマグネトロンよりも小型の電磁波発生器を提供することを目的とする。
 本発明の電磁波発生器は、空洞共振部を有する導体板と、当該導体板の片面と対向配置されており、当該導体板に対して電子を放出する電子放出器と、を含む発振器と、当該導体板の板面に対する直交方向の磁界を当該導体板に印加する磁界印加器と、を備え、空洞共振部は、当該導体板に穿たれた貫通孔と、当該貫通孔に対して開口した状態にて貫通孔の全周に亘り配列された複数個の共振空洞とにより構成されているものである。
 本発明によれば、上記のように構成したので、従来のマグネトロンよりも小型の電磁波発生器を得ることができる。
本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器の要部を側方から見た状態を示す断面図である。 図2Aは、図1に示す矩形A-B-C-Dで囲まれた領域の拡大図であり、かつ、図2Bに示すA-A’線に沿う断面図である。図2Bは、本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における導体板の一部を拡大した状態を示す背面図である。 図2Bに示す矩形E-F-G-Hで囲まれた領域の拡大図である。 図4Aは、仮に磁界が印加されていない場合におけるある時点の、導体板内を第1電極から第2電極に流れる電流の向きを示す説明図である。図4Bは、仮に磁界が印加されていない場合における図4Aとは異なる時点の、導体板内を第2電極から第1電極に流れる電流の向きを示す説明図である。 図5Aは、磁界が印加された状態におけるある時点の、導体板内を第2電極から第1電極に移動する電子に加わる力の向きと、当該電子の軌道と、第1電極から第2電極に流れる電流の向きとを示す説明図である。図5Bは、磁界が印加された状態における図5Aとは異なる時点の、導体板内を第1電極から第2電極に移動する電子に加わる力の向きと、当該電子の軌道と、第2電極から第1電極に流れる電流の向きとを示す説明図である。 磁界が印加された状態におけるある時点の、導体板内を第1電極から第2電極に流れる電流の向きと、当該ある時点とは異なる時点の、導体板内を第2電極から第1電極に流れる電流の向きとを合成して示す説明図である。 図7Aは、経過時間に対する第1電極の電位及び第1電極における電流値を示す説明図である。図7Bは、経過時間に対する第2電極の電位及び第2電極における電流値を示す説明図である。図7Cは、経過時間に対する第1電極から第2電極に流れる電流の大きさを示す説明図である。図7Dは、経過時間に対する第2電極から第1電極に流れる電流の大きさを示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における他の空洞共振部を示す背面図である。 本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における他の空洞共振部を示す背面図である。 本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における他の電子放出器の一部を側方から見た状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における他の電子放出器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る電磁波発生器における他の電子放出器を側方から見た状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における空洞共振部及び出力部を示す背面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す背面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す背面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す背面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す背面図である。 本発明の実施の形態2に係る電磁波発生器における他の空洞共振部及び出力部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態3に係る電磁波発生器の要部を側方から見た状態を示す断面図である。 図21Aは、図20に示す矩形A-B-C-Dで囲まれた領域の拡大図であり、かつ、図21Bに示すA-A’線に沿う断面図である。図21Bは、本発明の実施の形態3に係る電磁波発生器における導体板及び誘導部材の一部を拡大した状態を示す背面図である。 本発明の実施の形態3に係る電磁波発生器における電子放出器から放出された電子の軌道を示す説明図である。 本発明の実施の形態3に係る他の電磁波発生器における電子放出器から放出された電子の軌道を示す説明図である。 本発明の実施の形態4に係る電磁波発生器の要部を示す側面図である。 本発明の実施の形態4に係る他の電磁波発生器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る他の電磁波発生器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る他の電磁波発生器の要部を示す斜視図である。
 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る電磁波発生器の要部を側方から見た状態を示す断面図である。図2Aは、図1に示す矩形A-B-C-Dで囲まれた領域の拡大図であり、かつ、図2Bに示すA-A’線に沿う断面図である。図2Bは、実施の形態1に係る電磁波発生器における導体板の一部を拡大した状態を示す背面図である。図3は、図2Bに示す矩形E-F-G-Hで囲まれた領域の拡大図である。図1~図3を参照して、実施の形態1の電磁波発生器100について説明する。
 図中、1は導体板である。導体板1は電源2の正極と電気的に接続されており、電源2の負極は電子放出器3と電気的に接続されている。電子放出器3は、例えば銅などの金属板により構成されており、間隙4を介して導体板1の片面と対向配置されている。電子放出器3は、電源2がオンされた状態にて導体板1に対して電子eを放出するものである。
 導体板1及び電子放出器3は、封止用の容器5に収容されている。容器5は、誘電体などの電磁波透過性を有する材料により構成されている。ただし、電磁波発生器100が可視光の発生に用いられるものである場合、容器5はガラス若しくはセラミック又は透明樹脂などの光透過性を有する材料により構成されている。
 容器5の内部が真空状態であるか、又は容器5の内部にネオン若しくはアルゴンなどのガスが封入されている。これらのガスを容器5の内部に封入することにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。
 導体板1、電子放出器3及び容器5により発振器6が構成されている。なお、容器5の内部を真空状態にした場合、発振器6は二極真空管と同様の構造を有するものとなり、かつ、真空管ダイオードと同様の特性を有するものとなる。したがって、仮に理想的な特性を有するダイオードがあれば、このダイオードを発振器6の電子放出器3に代替することができる。
 磁界印加器7は、例えば、発振器6の外部において導体板1の片面側に配置された永久磁石により構成されている。磁界印加器7は、導体板1の板面と完全に直交する方向又は略直交する方向(以下、総称して「直交方向」という。)の磁界B、より具体的には電子放出器3から導体板1に向かう方向の略一様な磁界Bを導体板1に印加するものである。発振器6及び磁界印加器7により、電磁波発生器100の要部が構成されている。
 ここで、導体板1は複数個の空洞共振部11を有している。個々の空洞共振部11は、導体板1に穿たれた貫通孔12と、貫通孔12の全周に亘り配列された複数個の貫通孔(以下「共振空洞」という。)13とにより構成されている。個々の共振空洞13は貫通孔12に対する開口部14を有しており、互いに隣接する開口部14間の導体により電極15が構成されている。より具体的には、貫通孔12の全周に亘り第1電極15と第2電極15とが交互に配置されている。
 個々の共振空洞13の大きさは、当該個々の共振空洞13にて発生させる電磁波Wの波長λに応じた大きさに設定されている。より具体的には、個々の共振空洞13における内壁部16の沿面長Lが波長λに対する1/2の値に設定されている。
 電磁波発生器100は、1~1000テラヘルツ(THz)の周波数領域(以下「テラヘルツ領域」という。)内の所定の周波数fを有する電磁波Wの発生に用いられるものである。テラヘルツ領域内の周波数を有する電磁波は、生体分子の同定、電子材料の物性評価、非破壊計測又は医療機器などの種々の技術分野に対する応用が進められている。
 例えば、電磁波Wの周波数fが1テラヘルツ(THz)である場合、波長λは300マイクロメートル(μm)であり、沿面長Lは150マイクロメートル(μm)に設定されている。または、電磁波Wの周波数fが1000テラヘルツ(THz)である場合、波長λは0.3マイクロメートル(μm)であり、沿面長Lは0.15マイクロメートル(μm)に設定されている。
 なお、テラヘルツ領域には、遠赤外線又は可視光などの光に対応する周波数が含まれている。電磁波Wが遠赤外線である場合、波長λは5~25μm程度の値であり、沿面長Lは2.5~12.5μm程度の値に設定されている。電磁波Wが可視光である場合、波長λは0.4~0.8μm程度の値であり、沿面長Lは0.2~0.4μm程度の値に設定されている。ちなみに、電磁波Wが黄色の可視光である場合、波長λは約600ナノメートル(nm)であり、沿面長Lは約300nmに設定されている。
 個々の空洞共振部11における共振空洞13の個数は、当該個々の空洞共振部11にて発生させる電磁波Wの大きさに応じた個数に設定されている。すなわち、共振空洞13の個数が増加するにつれて次第に電磁波Wの出力が大きくなり、共振空洞13の個数が減少するにつれて次第に電磁波Wの出力が小さくなる。
 したがって、個々の空洞共振部11における貫通孔12の大きさは、電磁波Wの出力と、周波数fによる当該個々の空洞共振部11における共振空洞13の個数及び個々の共振空洞13の大きさに応じて設定されている。すなわち、貫通孔12の大きさは、貫通孔12の周囲に設ける共振空洞13の大きさと、その個数によって設定されている。
 このような空洞共振部11を有する導体板1は、例えば、3Dプリンタを用いて造形されたものである。または、例えば、IC(Integrated Circuit)における導体パターン形成用のメッキ、蒸着、折出又はエッチングなどの微細加工技術を用いて造形されたものである。または、例えば、いわゆる「メタマテリアル」における導電材料用の微細加工技術を用いて造形されたものである。
 導体板1の造形に微細加工技術を用いた場合、造形可能な肉厚の最大値は波長λと同程度の値である。このため、導体板1の肉厚は波長λよりも小さい値に設定されている。具体的には、例えば、導体板1の肉厚は波長λに対する1/4以下の値又は1/8以下の値に設定されている。
 これに対して、導体板1の板面積は個々の空洞共振部11の面積に対して十分に大きい値に設定されている。具体的には、例えば、導体板1の板面積は個々の空洞共振部11の面積に対する2倍以上の値又は4倍以上の値に設定されている。これにより、導体板1は略板状の外形となっている。
 次に、図4~図7を参照して、電磁波発生器100の動作について説明する。
 個々の共振空洞13における内壁部16は略環状の形状を有するものであるが、高周波においては表皮効果により電流が導体の表面近傍にしか流れず、内壁部16は電極15間(第1電極15と第2電極15の間)を接続する薄い帯状の導体と同等であるために、電気的なコイルを形成している。また、個々の共振空洞13における開口部14を形成する第1電極15と第2電極15は、空間を挟んで対向して空間容量を有するために、電気的なキャパシタを形成している。したがって、個々の共振空洞13は電気的な共振回路、より具体的にはLC共振回路を形成し備えている。
 このため、仮に磁界Bが印加されていない場合でも、電源2がオンされた状態にて、振動電流が流れたときには、個々の共振空洞13において内壁部16に沿うように振動電流が流れる。より具体的には、ある時点に流れる第1電極15から第2電極15に向かう電流IABと、当該時点とは異なる時点に流れる第2電極15から第1電極15に向かう電流IBAとが交互に流れる。図4Aに示す如く、ある時点における電流IABは図中時計回り方向(以下「第1回転方向」という。)の電流と図中反時計回り方向(以下「第2回転方向」という。)の電流とを含むものである。同様に、図4Bに示す如く、当該時点とは異なる時点における電流IBAは第1回転方向の電流と第2回転方向の電流とを含むものである。すなわち、磁界Bが印加されていない場合には、共振回路の振動電流(電流IABと電流IBA)は共振空洞13の内壁部16の表面近傍を往復して(第1回転方向と第2回転方向の両方向に)流れることとなる。
 しかしながら、実施の形態1の電磁波発生器100においては導体板1に磁界Bが印加されている。このため、図5Aに示す如く、電流IABを形成するために導体板1内を移動する電子に対して第1回転方向の力Fが加わる。この結果、当該電子の軌道Oが第1回転方向に曲げられて、電流IABのうちの第2回転方向の電流のみが流れるようになる。同様に、図5Bに示す如く、電流IBAを形成するために導体板1内を移動する電子に対して第1回転方向の力Fが加わる。この結果、当該電子の軌道Oが第1回転方向に曲げられて、電流IBAのうちの第2回転方向の電流のみが流れるようになる。 
 以上のように、磁界印加器7が発生する磁界Bの印加により、図6に示す如く、個々の共振空洞13の内壁部16の表面近傍を流れる振動電流(電流IABと電流IBA)は、電流IABのうちの第2回転方向の電流と、電流IBAのうちの第2回転方向の電流とが交互に流れる状態となる。すなわち、電流IABと電流IBAとが異なる共振空洞13の内壁部16を両者ともに一方向(第2回転方向)に流れ、個々の電極15において流入する電流の経路と流出する電流の経路とが異なるものとなる。
 このように電流IABと電流IBAとが交互に流れて、個々の電極15における電位が正負に振動する。図7Aは、経過時間に対する第1電極15の電位V及び第1電極15における電流値Iを示している。図7Bは、経過時間に対する第2電極15の電位V及び第2電極15における電流値Iを示している。なお、各時刻において、第1電極15の電位Vと第2電極15の電位Vとは互いに逆極性であり、当該逆極性の電極を交互に配列するために、貫通孔12の周囲に設ける電極15(共振空洞13)の数は偶数である。
 ここで、各時刻において、電子放出器3から放出された電子eと負電位の電極15との間には斥力が生じ、電子放出器3から放出された電子eと正電位の電極15との間には引力が生ずる。このため、図7A及び図7Bに示す如く、電子eは各時刻における正電位の電極15に引き寄せられて着地する。
 正電位となっている電極15(第1電極15又は第2電極15)に着地した電子eによる電流が当該電極に流れる電流に加算されることで、電流IAB,IBAの各々が次第に増幅される。図7Cは、経過時間に対する電流IABの大きさを示している。図7Dは、経過時間に対する電流IBAの大きさを示している。以上のように、個々の電極15の電位V,Vが正負に振動しつつ、貫通孔12の周囲に配列された複数個の共振空洞13の内壁部16を第2回転方向に流れる電流IAB,IBAが次第に増幅されることにより、発振状態となり電磁波Wが発生する。
 このとき、共振空洞13における内壁部16の沿面長Lが可視光の波長λに対する1/2の値に設定されている場合、個々の共振空洞13にて可視光が発生する。すなわち、個々の共振空洞13が発光する。これにより、電磁波発生器100を光源に用いることができる。
 なお、従来のマグネトロンが略筒状の陽極を用いるものであるのに対して、実施の形態1の電磁波発生器100は略板状の陽極、すなわち導体板1を用いるものである。また、導体板1の肉厚は波長λよりも小さい値に設定されている。このため、導体板1の肉厚方向に対する電子eの着地位置が増幅動作に与える影響は小さい。したがって、導体板1の片面と対向配置された陰極、すなわち電子放出器3を用いても、略筒状の陽極内に挿通された陰極を用いる従来のマグネトロンと同様に、電磁波Wを発生させるのに十分な発振を実現することができる。
 また、略板状の陽極(導体板1)を用いることにより、略筒状の陽極を用いる従来のマグネトロンに比して、略筒状の陽極の軸方向、すなわち略板状の陽極(導体板1)の肉厚方向に対する薄型化が可能となる。また、個々の空洞共振部11における貫通孔12に対する陰極の挿通が不要であるため、略筒状の陽極内に陰極を挿通してなる従来のマグネトロンに比して、略筒状の陽極の径方向、すなわち略板状の陽極(導体板1)の面方向に対する小面積化が可能となる。したがって、発振器6を小型にすることができる。この結果、従来のマグネトロンよりも小型の電磁波発生器100を実現することができる。
 また、従来のマグネトロンは、略筒状の陽極の両端部にそれぞれ磁石を配置することにより、陰極と陽極間の空間及び陽極内の共振空洞に対して一様な磁界を印加するものであった。これに対して、実施の形態1の電磁波発生器100は、上記のように発振器6が薄型であるため、発振器6を磁石(磁界印加器7)に接近させて、導体板1を磁石近傍の磁界Bがより強力な位置に配置することができる。また、発振器6が小面積であるため、導体板1の片面側にのみ磁石(磁界印加器7)を配置したとしても、発振器6内を通る磁界B、すなわち導体板1に印加される磁界Bを略一様にすることができる。この結果、従来のマグネトロンに比して使用する磁石の個数を低減し、小さくすることができるため、電磁波発生器100の更なる小型化を実現することができる。
 なお、電磁波発生器100は、テラヘルツ領域内の最低周波数(すなわち1THz)よりも低い周波数fを有する電磁波Wの発生にも用いることができる。このときは、周波数fが低いほど波長λが長くなるため、波長λに応じて個々の共振空洞13を大きくすれば良い。
 また、個々の共振空洞13の形状は上記説明に用いた略円形に限定されるものではなく、楕円形又は多角形などであっても良い。
 また、個々の空洞共振部11における共振空洞13の個数は、当該個々の空洞共振部11にて発生させる電磁波Wの大きさに応じた個数であれば良く、図3に示す例(すなわち6個)に限定されるものではない。例えば、図8に示す如く、個々の空洞共振部11が図3に示す例よりも多い個数の共振空洞13を有するものであっても良い。
 また、個々の空洞共振部11ごとに異なる個数の共振空洞13を有するものであっても良い。例えば、導体板1に設けられた複数個の空洞共振部11が第1の空洞共振部11と第2の空洞共振部11とを含み、第1の空洞共振部11が図3に示すものであり、かつ、第2の空洞共振部11が図8に示すものであっても良い。
 また、個々の空洞共振部11ごとに異なる大きさの共振空洞13を有するものであっても良い。これにより、複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させることができる。
 例えば、導体板1に設けられた複数個の空洞共振部11が第1の空洞共振部11と第2の空洞共振部11とを含み、第1の空洞共振部11における共振空洞13の大きさが第1の可視光の波長λに対応する大きさに設定されており、第2の空洞共振部11における共振空洞13の大きさが第2の可視光の波長λに対応する大きさに設定されており、第1の可視光の色と第2の可視光の色とが互いに異なるものであっても良い。これにより、複数色の可視光を同時に発生させることができる。
 または、例えば、赤色の可視光の波長λに対応する大きさの共振空洞13を有する第1の空洞共振部11と、緑色の可視光の波長λに対応する大きさの共振空洞13を有する第2の空洞共振部11と、青色の可視光の波長λに対応する大きさの共振空洞13を有する第3の空洞共振部11とが導体板1に設けられたものであっても良い。または、例えば、青色の可視光の波長λに対応する大きさの共振空洞13を有する第1の空洞共振部11と、黄色の可視光の波長λに対応する大きさの共振空洞13を有する第2の空洞共振部11とが導体板1に設けられたものであっても良い。これらの色の可視光を同時に発生させることにより、電磁波発生器100全体として白色光を発生させることができる。また、更に多くの色の可視光を同時に発生させることにより、電磁波発生器100全体として太陽光(すべての色を含む)に近い自然な白色光を発生させるものであっても良い。
 また、個々の空洞共振部11において、個々の共振空洞13ごとに異なる大きさを有するものであっても良い。例えば、図9に示す如く、個々の空洞共振部11における複数個の共振空洞13が第1の共振空洞13と第2の共振空洞13とを含み、第1の共振空洞13の大きさと第2の共振空洞13の大きさとが互いに異なるものであっても良い。これにより、複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させることができる。
 この場合、各波長λの電磁波Wに対応する電流IAB,IBAの増幅を可能ならしめる観点から、各波長λに対応する大きさの共振空洞13を2個以上連続して配置するのが好適である。図9に示す例において、第1の共振空洞13は8個連続して配置されており、第2の共振空洞13は16個連続して配置されている。連続する共振空洞13の個数を増やすことにより、各波長λの電磁波Wの出力を十分な大きさにすることができる。また、連続するそれぞれの共振空洞13の個数を調整することにより、各波長λの電磁波Wの出力の大きさや比率を設定することもできる。
 もちろん、導体板1は、1個の空洞共振部11を有するものであっても良い。当該1個の空洞共振部11は、例えば、図3に示すものであっても良く、図8に示すものであっても良く、又は図9に示すものであっても良い。
 ちなみに、個々の空洞共振部11においては、複数個の共振空洞13にて発生する電磁波Wが互いに同位相である。したがって、出力する電磁波Wが光である場合、個々の空洞共振部11においてはコヒーレントな光が発生する。このため、導体板1が1個の空洞共振部11を有するものである場合、電磁波発生器100はコヒーレントな光を発生させるものとなる。他方、導体板1が複数個の空洞共振部11を有するものである場合、個々の空洞共振部11ごとに発生する電磁波Wの位相が異なるものとなり得る。このときは、出力する電磁波Wが光である場合、電磁波発生器100はインコヒーレントな光を発生させるものとなる。
 また、電子放出器3は、電子eの放出を補助する部材(以下「補助部材」という。)を有するものであっても良い。これにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。
 例えば、図10に示す如く、電子放出器3が金属板により構成されており、当該金属板のうちの導体板1に対する対向面に設けられた針状の突起8により補助部材が構成されたものであっても良い。個々の突起8は、例えば、当該対向面に垂直状態に接着されたカーボンナノファイバーにより構成されている。個々の突起8の先端部に電界が集中することで、先端部周囲の空間の電位勾配が急峻になって先端部では空間の絶縁破壊が発生しやすくなるため、個々の突起8の先端部から電子eが放出され易くなる。
 または、例えば、電子放出器3が金属板により構成されており、当該金属板のうちの導体板1に対する対向面に塗布されたバリウム又はストロンチウムなどの酸化物により構成された補助部材を備えたものであっても良い。これらの酸化物は仕事関数が小さいため、電子eが放出され易くなる。
 また、電子放出器3は、フィラメントなどの発熱する部材(以下「発熱部材」という。)により構成されたものであっても良い。すなわち、電子放出器3から放出される電子eは熱電子であっても良い。これにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。例えば、図11に示す如く、電子放出器3が複数本のフィラメントにより構成されており、これらのフィラメントを加熱するための電源9が設けられたものであっても良い。なお、フィラメント加熱用の電源9は、図1に示す電源2と別個に設けられたものである。
 また、図12に示す如く、電子放出器3が発熱部材により構成され、かつ、補助部材を有するものであっても良い。これにより、電子放出器3から電子eが更に放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を更に低くすることができる。
 以上のように、実施の形態1の電磁波発生器100は、空洞共振部11を有する導体板1と、導体板1の片面と対向配置されており、導体板1に対して電子eを放出する電子放出器3と、を含む発振器6と、導体板1の板面に対する直交方向の磁界Bを導体板1に印加する磁界印加器7と、を備え、空洞共振部11は、導体板1に穿たれた貫通孔12と、貫通孔12に対して開口した状態にて貫通孔12の全周に亘り配列された複数個の共振空洞13とにより構成されている。これにより、略筒状かつ太径の陽極を用いる従来のマグネトロンに比して、発振器6を小型にすることができる。この結果、従来のマグネトロンよりも小型の電磁波発生器100を得ることができる。また、従来のマグネトロンよりも高周波の周波数fを有する電磁波Wを発生させることができる。
 また、電子放出器3は、熱電子を放出する発熱部材により構成されている。これにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。この結果、電磁波発生器100の取扱いを容易にすることができ、簡単に電磁波Wを発生することができる。
 また、電子放出器3は、電子放出器3による電子eの放出を補助する補助部材を有する。これにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。この結果、電磁波発生器100の取扱いを容易にすることができ、簡単に電磁波Wを発生することができる。
 また、共振空洞13の大きさは、テラヘルツ領域内の周波数fを有する電磁波Wの波長λに対応する大きさに設定されている。これにより、小型の電磁波発生器100を用いて、テラヘルツ領域内の周波数fを有する電磁波Wを発生させることができる。
 また、共振空洞13の大きさは、光の波長λに対応する大きさに設定されている。これにより、小型の電磁波発生器100を用いて、赤外線又は可視光などの光を発生させることができる。
 また、共振空洞13は第1の共振空洞13と第2の共振空洞13とを含み、第1の共振空洞13の大きさと第2の共振空洞13の大きさとが互いに異なる構成にする。これにより、複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させることができる。
 また、導体板1に複数個の空洞共振部11が設けられている。空洞共振部11の個数を増やすことにより、導体板1における共振空洞13の総数を増やすことができる。この結果、個々の共振空洞13による電磁波Wの出力が小さい場合であっても、電磁波発生器100全体による電磁波Wの出力を十分な大きさにすることができる。
 また、空洞共振部11は第1の空洞共振部11と第2の空洞共振部11とを含み、第1の空洞共振部11における共振空洞13の大きさと第2の空洞共振部11における共振空洞13の大きさとが互いに異なる構成にする。これにより、複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させることができる。
 また、第1の空洞共振部11における共振空洞13の大きさは第1の可視光の波長λに対応する大きさに設定されており、第2の空洞共振部11における共振空洞13の大きさは第2の可視光の波長λに対応する大きさに設定されており、第1の可視光の色と第2の可視光の色とが互いに異なる構成にする。これにより、複数色の可視光を同時に発生させることができる。
 また、導体板1及び電子放出器3は容器5に収容されており、容器5の内部が真空状態であるか又は容器5の内部にガスが封入されている。容器5の内部を真空状態にすることは、発振器6が二極真空管すなわち真空管ダイオードと同様の構造となるため、発振器6の電子放出器3を相応のダイオードに代替することも可能である。他方、容器5の内部にネオン又はアルゴンなどのガスを封入することにより、電子放出器3から電子eが放出され易くなるため、電子eの放出に必要な電源2の出力電圧を低くすることができる。この結果、電磁波発生器100の取扱いを容易にすることができ、簡単に電磁波Wを発生することができる。
 また、磁界印加器7は、発振器6の外部において導体板1の片面側に配置されている。発振器6の薄型化により、導体板1を磁界印加器7の磁界Bがより強力な位置に接近配置することができる。また、発振器6の小面積化により、導体板1の片面側にのみ配置された磁界印加器7を用いても、導体板1に略一様な磁界Bを印加することができる。これにより、電磁波発生器100の更なる小型化を実現することができる。
実施の形態2.
 空洞共振部の内部においては、実施の形態1にて図4~図7を参照して説明したとおり、電流IABと電流IBAとが交互に流れることにより、個々の電極15(第1電極15と第2電極15)における電位が正負に振動してる。なお、上記のように、各時刻において、第1電極15の電位Vと第2電極15の電位Vとは互いに逆極性であり、電気的に相補している。
 しかしながら、個々の開口部14の開口幅、すなわち互いに隣接する第1電極15と第2電極15間の離間距離は微小である。このため、互いに隣接する第1電極15と第2電極15間の電気的な相補性及び電気的な干渉により、巨視的には全ての電極15が同電位であるかのように、より具体的には基準電位であるかのように観測される。すなわち、複数の共振空洞13を整然と配列した空洞共振部11においては、内部で発生した電磁波Wが当該個々の空洞共振部11の外部に出力され難い状態にある。
 そこで、実施の形態2の電磁波発生器100は、個々の空洞共振部11にて発生した電磁波Wを当該個々の空洞共振部11の外部に出力する部位(以下「出力部」という。)を設けたものである。以下、図13~図19の各々を参照して、出力部の具体例について説明する。なお、実施の形態1に係る電磁波発生器100の構成部材等と同様の構成部材等には同一符号を付して説明を省略する。
 図13に示す例においては、導体板1に形成された突起21により出力部が構成されている。より具体的には、個々の空洞共振部11における複数個の電極15のうちのいずれか1個の電極15に突起21が設けられている。突起21の長さLは波長λに対する1/4の値に設定されており、突起21は棒状アンテナ(ロッドアンテナ)の機能を果たすものである。
 すなわち、巨視的には基準電位の空洞共振部11に対して、突出した突起21の先端部においては電位が正負に振動する。これにより、突起21から電磁波Wを空間中に放出することができる。
 なお、突起21の長さLは、L=(n/4)×λの条件を満たすことにより(nは1以上の整数)、電極15から突起21に伝わる高周波電流の反射が抑制され、電磁波Wを効率よく空間に出力できるため、アンテナとしての機能を発揮できる。同時に、突起21から反射されて電極15に戻る高周波電流が抑制されるので、突起21の存在が実施の形態1にて説明した増幅動作を阻害するのを回避することができ、発振状態を継続することができる。
 また、図14に示す如く、個々の空洞共振部11において、複数個の電極15のうちのいずれか2個以上の電極15の各々に突起21が設けられたものであっても良い。ここで、上記のとおり、突起21の長さLは波長λに応じたものである。したがって、個々の空洞共振部11が複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させるものである場合、個々の空洞共振部11において長さLが互いに異なる突起21が設けられたものであっても良い。
 例えば、図15に示す如く、第1の共振空洞13にて発生する電磁波Wの波長λに対する1/4の長さLを有する第1の突起21と、第2の共振空洞13にて発生する電磁波Wの波長λに対する1/4の長さLを有する第2の突起21とが設けられたものであっても良い。
 なお、図13~図15の各々に示す例において、突起21はその長手方向が導体板1の板面に沿う向きに設けられている。これに対して、図16に示す如く、突起21はその長手方向が導体板1の板面に対する直交方向に沿う向きに設けられたものであり、突起21は、導体板1の表面側に突出したものであっても良く、導体板1の裏面側に突出したものであっても良く、又は図16に示す如くこれらを組み合わせたものであっても良い。
 ちなみに、棒状アンテナは、当該棒の長手方向に対する直交方向に電磁波Wを強く出力する指向性を有している。したがって、図13~図15の各々に示すような出力部を設けた場合、電磁波発生器100は導体板1の板面に対する直交方向に電磁波Wを出力する指向性を有するものとなる。他方、図16に示すような出力部を設けた場合、電磁波発生器100は導体板1の板面に沿う方向に電磁波Wを出力する指向性を有するものとなる。
 また、棒状アンテナから出力される電磁波の偏波方向は、当該棒の長手方向に沿う方向となる。このため、導体板1全体における突起21の個数が1個である場合、又は、導体板1全体における突起21の個数が複数個であり、かつ、これらの突起21の長手方向の向きが全て同一である場合、電磁波発生器100は単一偏波の電磁波Wを発生させるものとなる。
 他方、導体板1全体における突起21の個数が複数個であり、かつ、これらの突起21の長手方向の向きが互いに異なる突起21が含まれている場合、電磁波発生器100は偏波方向が互いに異なる複数の電磁波Wを同時に発生させるものとなる。これにより、出力する電磁波Wが光であれば、複数の偏光方向の光が混合された自然光に近い光を実現することができる。
 図17に示す例においては、導体板1に形成された溝22における拡幅部23により出力部が構成されている。より具体的には、個々の空洞共振部11における複数個の共振空洞13のうちのいずれか1個の共振空洞13に代えて、貫通孔12と連通した溝22が設けられている。溝22は拡幅部23を有しており、この拡幅部23における溝22の幅Lの長さは波長λに対する1/2の値に設定されている。これにより、拡幅部23がスロットアンテナの機能を果たすものである。
 見方を変えれば、拡幅部23の対向する幅の方向に対応する両端部24,24の電位は、それぞれ正負に振動し、各時刻において、第1端部24の電位と第2端部24の電位とは互いに逆極性となるため、拡幅部23は両端部24,24を両先端とする1/2波長のダイポールアンテナに相当すると考えることもできる。すなわち、そこにダイポールアンテナがあるかのように、拡幅部23の両端部24,24の電位が正負に振動する。これにより、拡幅部23から電磁波Wが空間中に放出される。
 なお、溝22の内壁部の沿面長L、すなわち互いに隣接する第1電極15と第2電極15間の沿面長Lは、波長λに対するn+1/2の値に設定されている(nは1以上の整数)。第1電極15と第1端部24間の沿面長L5Aは、波長λに対するn/2の値に設定されている。第2電極15と第2端部24間の沿面長L5Bは、波長λに対するn/2の値に設定されている。これにより、流通する高周波電流の乱れを抑制できるので、溝22の存在が実施の形態1にて説明した増幅動作を阻害するのを回避することができ、発振状態を継続することができる。
 図18に示す如く、個々の空洞共振部11において、複数個の共振空洞13のうちのいずれか2個以上の共振空洞13の各々に代えて溝22が設けられたものであっても良い。ここで、上記のとおり、溝22の寸法(幅L及び沿面長L,L5A,L5B)は波長λに応じたものである。したがって、個々の空洞共振部11が複数の波長λによる電磁波Wを同時に発生させるものである場合、個々の空洞共振部11において寸法が互いに異なる溝22が設けられたものであっても良い。
 ちなみに、スロットアンテナは、当該スロットの対向する幅の方向に対する直交方向に電磁波Wを強く出力する指向性を有している。したがって、図17又は図18に示す出力部を設けた場合、電磁波発生器100は導体板1の板面に対する直交方向に電磁波Wを出力する指向性を有するものとなる。
 また、スロットアンテナから出力される電磁波の偏波方向は、当該スロットの対向する幅の方向に沿う方向となる。このため、導体板1全体における溝22の個数が1個である場合、又は、導体板1全体における溝22の個数が複数個であり、かつ、これらの溝22に設けられた拡幅部23の対向する幅の方向が全て同一である場合、電磁波発生器100は単一偏波の電磁波Wを発生させるものとなる。
 他方、導体板1全体における溝22の個数が複数個であり、かつ、これらの溝22に拡幅部23の対向する幅の方向が互いに異なる溝22が含まれている場合、電磁波発生器100は偏波方向が互いに異なる複数の電磁波Wを同時に発生させるものとなる。これにより、出力する電磁波Wが光であれば、複数の偏光方向の光が混合された自然光に近い光を実現することができる。
 図19に示す例においては、個々の空洞共振部11における複数個の電極15のうちのいずれか1個の電極15が出力電線25の一端部と電気的に接続されており、この電気的接続により出力部が構成されている。出力電線25の他端部には、図示しない導波管又はホーンアンテナなどが電気的に接続されている。図19に示す出力部は、従来のマグネトロンにおける出力部と同様のものであるため、詳細な説明は省略する。
 ただし、電磁波発生器100がテラヘルツ領域内の周波数fを有する電磁波Wを発生させるものである場合、波長λが短く、各構成部が微細になるため、図19に示す出力部を用いるのは困難なことがある。したがって、図19に示す出力部は、これよりも長い波長λの電磁波Wを発生させる場合、すなわちテラヘルツ領域内の最低周波数よりも低い周波数fを有する電磁波Wを発生させる場合に用いるのが好適である。
 以上のように、実施の形態2の電磁波発生器100において、空洞共振部11は、空洞共振部11にて発生した電磁波Wを空洞共振部11の外部に出力する出力部を有する。これにより、電源2から供給された電力を用いて、個々の空洞共振部11にて発生した電磁波Wを当該個々の空洞共振部11の外部に効率良く出力することができる。
 また、出力部は、導体板1に形成された突起21により構成されている。これにより、図13~図16の各々に例示する突起21にて出力部を実現することができる。
 また、出力部は、導体板1に形成された溝22における拡幅部23により構成されている。これにより、図17又は図18に例示する溝22にて出力部を実現することができる。
 また、空洞共振部11に複数個の出力部が設けられている。これにより、図14~図16又は図18の各々に例示する如く、個々の空洞共振部11に設けられた複数個の突起21又は複数個の溝22にて出力部を実現することができる。
実施の形態3.
 図20は、実施の形態3に係る電磁波発生器の要部を側方から見た状態を示す断面図である。図21Aは、図20に示す矩形A-B-C-Dで囲まれた領域の拡大図であり、かつ、図21Bに示すA-A’線に沿う断面図である。図21Bは、実施の形態3に係る電磁波発生器における導体板及び誘導部材の一部を拡大した状態を示す背面図である。図20及び図21を参照して、実施の形態3の電磁波発生器100について説明する。なお、実施の形態1に係る電磁波発生器100の構成部材等と同様の構成部材等には同一符号を付して説明を省略する。
 電子放出器3と導体板1間に、電子放出器3から放出された電子eを導体板1のうちの空洞共振部11、好ましくは電極15の先端に誘導する部材(以下「誘導部材」という。)が設けられている。具体的には、例えば、誘導部材は、導体板1のうちの電子放出器3に対する対向面に設けられた絶縁体層31により構成されている。絶縁体層31は、図21に示す如く、当該対向面のうちの空洞共振部11を除く部位(少なくとも電極15の先端を除く部位)に設けられている。
 次に、図22を参照して、絶縁体層31の作用効果について説明する。
 電源2がオンされた直後においては、電子放出器3から放出された電子eのうちの一部の電子eが絶縁体層31に着地する。これにより、絶縁体層31が負に帯電する。
 絶縁体層31の帯電後においては、電子放出器3から放出された電子eと絶縁体層31との間に斥力が生ずる。このため、図22に示す如く、電子eは導体板1のうちの絶縁体層31が設けられていない部位、すなわち空洞共振部11に誘導される。空洞共振部11に誘導された電子eは、実施の形態1にて図7を参照して説明したとおり、空洞共振部11における正電位の電極15(第1電極15又は第2電極15)に引き寄せられて着地する。
 これにより、電子放出器3から放出された電子eが、導体板1のうちの空洞共振部11と異なる部位に着地するのを抑制することができる。換言すれば、電子放出器3から放出された電子eが、導体板1のうちの発振に寄与しない部位に着地するのを抑制することができる。この結果、発振に寄与しない無駄な電流が導体板1内に流れるのを抑制することができるため、電源2から供給された電力を効率良く電磁波Wに変換することができる。
 なお、絶縁体層31などの誘導部材を設けることに代えて、電子放出器3のうちの電極15、又は、電極15が囲む空間部と対向した部位から集中的に電子eが放出されるようにすることで、上記の例と同様に電源2の電力から電磁波Wへの変換効率を向上することができる。
 例えば、図23に示す如く、電子放出器3のうちの電極15と対向した部位に、カーボンナノファイバーなどによる針状の突起8を集中的に配置する。これらの突起8は、実施の形態1にて図10を参照して説明した補助部材における突起8と同様のものである。また、突起8の先端部からは電子eが放出され、かつ、電子放出器3のうちの突起8が設けられていない面部からは電子eが放出されないような値に電源2の出力電圧を設定、又は、突起8が設けられていない面部に上記導体板1に設けた絶縁体層31と同様の絶縁体層31aを形成する。これにより、図23に示す如く、電子放出器3のうちの電極15、又は、電極15が囲む空間部と対向した部位から、電極15に向けて集中的に電子eを放出することができる。
 以上のように、実施の形態3の電磁波発生器100は、電子放出器3と導体板1間に、電子放出器3から放出された電子eを導体板1のうちの空洞共振部11、好ましくは電極15の先端に誘導する誘導部材が設けられている。これにより、発振に寄与しない無駄な電流が導体板1内に流れるのを抑制することができるため、電源2から供給された電力を効率良く電磁波Wに変換することができる。
実施の形態4.
 図24~図27の各々を参照して、電磁波発生器の種々の変形例について説明する。なお、実施の形態1に係る電磁波発生器100の構成部材等と同様の構成部材等には同一符号を付して説明を省略する。また、図24~図26の各々において、電源2は図示を省略している。
 図24に示す如く、磁界印加器7が2個の永久磁石により構成されており、当該2個の永久磁石間に発振器6が配置されたものであっても良い。これにより、発振器6の大きさにかかわらず、発振器6内を通る磁界B、すなわち導体板1に印加される磁界Bを一様な磁界とすることができる。これらの永久磁石は、磁気回路を形成するヨーク41により支持されたものであっても良い。
 図25又は図26に示す如く、磁界印加器7は、発振器6の外部において導体板1の片面側に配置された永久磁石と、この永久磁石により発生した磁界を発振器6に対して集中させる部材(以下「集中部材」という。)とにより構成されたものであっても良い。集中部材には、例えば、円錐台形状のヨークにより構成された磁気レンズ42を用いることができる。集中部材を設けることにより、磁界印加器7に用いた磁石の磁力が弱い場合であっても、電磁波Wを発生させるのに十分な磁界Bを導体板1に印加することができる。
 図24~図26の各々に示す如く、電磁波発生器100は、発振器6により発生した電磁波Wの出力方向を制御する部材(以下「制御部材」という。)を有するものであっても良い。図24は制御部材にプリズム43を用いた例を示し、図25は制御部材に反射板44を用いた例を示し、図26は制御部材にレンズ45を用いた例を示している。
 ここで、プリズム43は誘電体により構成された電磁波用のプリズムである。ただし、電磁波発生器100が可視光を発生させるものである場合、プリズム43にはガラス又は透明樹脂などにより構成された光学用のプリズムを用いるのが好適である。
 同様に、反射板44は電磁波用の反射板である。ただし、電磁波発生器100が可視光を発生させるものである場合、反射板44には光学用の反射板を用いるのが好適である。
 同様に、レンズ45は誘電体により構成された電磁波用のレンズである。ただし、電磁波発生器100が可視光を発生させるものである場合、レンズ45にはガラス又は透明樹脂などにより構成された光学用のレンズを用いるのが好適である。
 図27に示す如く、磁界印加器7は、永久磁石に代えて電磁石を用いたものであっても良い。この電磁石は、例えば、磁気レンズ42と一体に構成された略棒状のコア46と、コア46に巻回された電線により構成されたコイル47とを有するものである。この場合、図27に示す如く、電源2が発振器6に対する電力供給とコイル47に対する通電とに共用されるものであっても良い。すなわち、発振器6とコイル47が直列に接続されるものであっても良い。なお、コア46には、永久磁石の特性を備え、永久磁石の発する磁界にコイル47が発する磁界を加算する構成であっても良い。
 以上のように、実施の形態4の電磁波発生器100は、発振器6により発生した電磁波Wの出力方向を制御する制御部材を備える。プリズム43、反射板44又はレンズ45などの制御部材を設けることにより、電磁波Wの出力方向を制御することができる。この結果、任意の方向に向けて電磁波Wを出力することができる。
 また、磁界印加器7は、発振器6に対して磁界を集中させる集中部材を有する。磁気レンズ42などの集中部材を設けることにより、磁界印加器7に用いた磁石の磁力が弱い場合であっても、電磁波Wを発生させるのに十分な磁界Bを導体板1に印加することができる。
 また、磁界印加器7には、発振器6に直列に接続したコイル47を使用する。コイル47の動作により発振器6に通電する電流を制限することで、通電電流が過剰になることが抑制されて好ましい大きさの電磁波Wを出力することができる。
 なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
 本発明の電磁波発生器は、テラヘルツ(THz)領域内の周波数を有する電磁波の発生に用いることができる。特に、赤外線又は可視光などの光の発生に用いることができる。
 1 導体板、2 電源、3 電子放出器、4 間隙、5 容器、6 発振器、7 磁界印加器、8 突起、9 電源、11 空洞共振部、12 貫通孔、13,13,13 共振空洞、14 開口部、15,15,15 電極、16 内壁部、21,21,21 突起、22 溝、23 拡幅部、24,24 端部、25 出力電線、31,31a 絶縁体層、41 ヨーク、42 磁気レンズ、43 プリズム、44 反射板、45 レンズ、46 コア、47 コイル、100 電磁波発生器。

Claims (18)

  1.  空洞共振部を有する導体板と、前記導体板の片面と対向配置されており、前記導体板に対して電子を放出する電子放出器と、を含む発振器と、
     前記導体板の板面に対する直交方向の磁界を前記導体板に印加する磁界印加器と、を備え、
     前記空洞共振部は、前記導体板に穿たれた貫通孔と、前記貫通孔に対して開口した状態にて前記貫通孔の全周に亘り配列された複数個の共振空洞とにより構成されている
     ことを特徴とする電磁波発生器。
  2.  前記電子放出器は、熱電子を放出する発熱部材により構成されていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  3.  前記電子放出器は、前記電子放出器による電子の放出を補助する補助部材を有することを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  4.  前記共振空洞の大きさは、テラヘルツ(THz)領域内の周波数を有する電磁波の波長に対応する大きさに設定されていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  5.  前記共振空洞の大きさは、光の波長に対応する大きさに設定されていることを特徴とする請求項4記載の電磁波発生器。
  6.  前記共振空洞は第1共振空洞と第2共振空洞とを含み、前記第1共振空洞の大きさと前記第2共振空洞の大きさとが互いに異なることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  7.  前記導体板に複数個の前記空洞共振部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  8.  前記空洞共振部は第1空洞共振部と第2空洞共振部とを含み、前記第1空洞共振部における前記共振空洞の大きさと前記第2空洞共振部における前記共振空洞の大きさとが互いに異なることを特徴とする請求項7記載の電磁波発生器。
  9.  前記第1空洞共振部における前記共振空洞の大きさは第1可視光の波長に対応する大きさに設定されており、前記第2空洞共振部における前記共振空洞の大きさは第2可視光の波長に対応する大きさに設定されており、前記第1可視光の色と前記第2可視光の色とが互いに異なることを特徴とする請求項8記載の電磁波発生器。
  10.  前記導体板及び前記電子放出器は容器に収容されており、前記容器の内部が真空状態であるか又は前記容器の内部にガスが封入されていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  11.  前記空洞共振部は、前記空洞共振部にて発生した電磁波を前記空洞共振部の外部に出力する出力部を有することを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  12.  前記出力部は、前記導体板に形成された突起により構成されていることを特徴とする請求項11記載の電磁波発生器。
  13.  前記出力部は、前記導体板に形成された溝における拡幅部により構成されていることを特徴とする請求項11記載の電磁波発生器。
  14.  前記空洞共振部に複数個の前記出力部が設けられていることを特徴とする請求項11記載の電磁波発生器。
  15.  前記電子放出器と前記導体板間に、前記電子放出器から放出された電子を前記導体板のうちの前記空洞共振部に誘導する誘導部材が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  16.  前記発振器により発生した電磁波の出力方向を制御する制御部材を備えることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  17.  前記磁界印加器は、前記発振器に対して磁界を集中させる集中部材を有することを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
  18.  前記磁界印加器は、前記発振器の外部において前記導体板の片面側に配置されていることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生器。
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004503907A (ja) * 2000-06-01 2004-02-05 レイセオン・カンパニー 高効率の光放射発生用の光マグネトロンおよび1/2λ誘起πモード動作
JP2014183049A (ja) * 2013-03-15 2014-09-29 Agilent Technologies Inc マイクロ波源及びプラズマトーチ並びに関連する方法

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