(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由電子ビーム（54、56、78、190、192）を有する、電磁THz放射線（10、40、60、105、150）を発生するデバイスであって、
3mmから30μmの波長に対応する、0.1THzから10THzまでの周波数で、交流発振器電圧を供給する発振器（26、47、66、196）と、
ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）と、を備え、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130）は、
電子源（12、58、72、76、96、124、）と、
抽出グリッド（14、44、68、64、82）と、
好ましくは、高い二次電子放出をするための材料組成でコーティングされたアノード（16、46、70、84、102）と、を有し、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、真空中に配置され、
前記デバイスは、電圧源を更に備え、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、前記電子源（12、58、72、76、96、124）と前記抽出グリッド（14、44、68、64、82）との間で、抽出電圧を供給する前記電圧源（24、52）に接続され、
前記デバイスは、分圧器から作用点電圧を抽出するための前記分圧器を備え、
前記分圧器は、発振器電圧を接続してアノード電圧を生成し、
前記アノード電圧は、前記抽出電圧より低く設定され、前記電子源（12、58、72、76、96、124）と前記アノード（16、46、70、84、102）との間の電位差として定義され、
更に、前記分圧器は、アノード電流が0になる電圧に作用点電圧がセットされる方法で、具体化され、
更に、前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）の前記抽出グリッド（14、44、68、64、82）及び前記アノード（16、46、70、84、102）は、放射される電磁放射の波長の半分以下の距離に位置し、
前記発振器電圧の電圧振幅の半分において、前記発振器電圧が、前記電子源からアノード（16、46、70、84）に向かう、正の一次自由電子ビームを加速し、
発振器電圧の電圧振幅の次の半分において、そのような一次自由電子ビームは、加速され、前記アノードで、二次自由電子ビームを発生して、前記アノード（16、46、70、84、102）から前記抽出グリッド（14、44、68、64、82、186、188）に向けて放射され、それは、前記一次自由電子ビームの２倍の数の電子を有し、それ故結果として電荷が一次電子ビームの逆方向に流れ、そしてそれ故、結果として前記（交流）発振電圧が自由電子ビームとなって交互方向に飛び、0.1THzから10THzの周波数を有する電磁放射が放射され、
前記デバイスは、更に2つの三極管構造を有するという点で特徴づけられて、
前記ダイナトロンチューブ（22、 99、130、180）は、２つの三極管構造（182、184）に接続していて、
三極管抽出電圧が前記三極管構造（182、184）の抽出グリッド（186、188）に供給されるという点で、前記三極管構造（182、184）は、前記発振器に接続され、
前記抽出電圧は、前記発振器電圧に一致し、それ故、前記ダイナトロンの前記発振器（196）によって供給される前記発振器電圧の第１の波長で、電子は、前記第１の三極管構造（182）から自由三極管電子ビーム（190）として放射され、
前記第2の三極管構造（184）は、前記第2の三極管の放射をコントロールする前記発振器電圧を反転するキャパシタ（194）を経由して前記発振器（26、47、66、194、196）に接続され、そして、前記第2の三極管構造（184）で前記抽出電圧として使用される前記発振器電圧の第２の波長の負電圧の降下で、前記キャパシタに起因して、前記第2の三極管構造（182、184）により、自由三極管電子ビームは放射され、
更に、前記デバイスは、前記三極管構造（182、184）の前記抽出グリッドの間に位置する共振器（204、206）を有し、
そして、前記共振器は、前記共振器（204、208）を介して自由三極管電子ビームの移動を許容する少なくとも1つのホールを有し、
前記共振器（204、206）は、三極管のアノードとして具体化され、当該アノードの電圧は、前記三極管抽出電圧より高い、
デバイス。
【請求項２】
前記三極管構造（182、184）は、互いに向かい合うように配置され、互いに向かい合う位置で、電子ビームを送出することを特徴とする、
請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
自由電子ビーム（54、56、78、190、192）を有する、電磁THz放射線（10、40、60、105、150）を発生するデバイスであって、
3mmから30μmの波長に対応する、0.1THzから10THzまでの周波数で、交流発振器電圧を供給する発振器（26、47、66、196）と、
ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）と、を備え、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、
電子源（12、58、72、76、96、124、）と、
抽出グリッド（（14、44、68、64、82））と、
好ましくは、高い二次電子放出をするための材料組成でコーティングされたアノード（16、46、70、84、102）と、を有し、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、真空中に配置され、
前記デバイスは、電圧源を更に備え、
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、前記電子源（12、58、72、76、96、124）と前記抽出グリッド（14、44、68、64、82）との間で、抽出電圧を供給する前記電圧源（24、52）に接続され、
前記デバイスは、分圧器から作用点電圧を抽出するための前記分圧器を備え、
前記分圧器は、発振器電圧を接続してアノード電圧を生成し、
前記アノード電圧は、前記抽出電圧より低く設定され、前記電子源（12、58、72、76、96、124）と前記アノード（16、46、70、84、102）との間の電位差として定義され、
更に、前記分圧器は、アノード電流が0になる電圧に作用点電圧がセットされる方法で、具体化され、
特徴的には、前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）の前記抽出グリッド（14、44、68、64、82）及び前記アノード（16、46、70、84、102）は、放射する電磁放射の波長の半分以下の距離に位置し、
前記発振器電圧の電圧振幅の半分において、前記発振器電圧が、前記電子源（12、58、72、76、96、124）からアノード（16、46、70、84）に向かう、正の一次自由電子ビームを加速し、
発振器電圧の電圧振幅の次の半分において、そのような一次自由電子ビームは、加速され、前記アノード（16、46、70、84、102）で、二次自由電子ビームを発生して、前記アノード（16、46、70、84、102）から前記抽出グリッド（14、44、68、64、82）に向けて放射され、それは、前記一次自由電子ビームの２倍の数の電子を有し、それ故電荷が一次電子ビームの逆方向に流れ、結果として、それ故、前記（交流）発振電圧が、交互方向の自由電子ビームとなって、0.1THzから10THzの周波数を有する電磁放射が放射される、
デバイス。
【請求項４】
前記デバイスは、小型化する方法で作られており、少なくとも前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）及び前記発振器（26、47、66、194、196）は、マイクロ又はナノ構造体として作られる事を特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記発振器（26）は、抵抗器、誘導性（18、48）およびキャパシタ（20、50）を有する、調整可能なコンプレックス抵抗器として形成され、キャパシタ（20と50）及び／又は、誘導性（18、48）が調整可能であることを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ダイナトロンチューブ（22、99、130、180）は、絶縁体（88、122、140、153）上で、熱又は冷電子源（12、58、72、76、96、124、200、202）で、統合される超小型構造として具体化される事を特徴とする、
請求項2または3に記載のデバイス。
【請求項７】
前記電子源は、チップ半径が1μm以下のチップ（76）を有する、ワイヤー形状の冷電界放出エミッターであることを特徴とする、
前記いずれかの請求項の１つに記載のデバイス。
【請求項８】
前記電子源は、マイクロ又はナノ構造電界エミッターとして作られ、材料は、低い仕事関数を有し、かつ、少なくとも前記抽出電圧に応じて電子を放射する前記電界エミッターのチップ上で蒸着されることを特徴する、
請求項7に記載のデバイス。
【請求項９】
前記電子源は、マイクロ又はナノ構造として作られ、金属、又は金属酸化膜、又は炭素、又は炭素化合物、又は他の半導体材料、又はナノ粒状複合材料で、冷電界電子端エミッター（124）、の形状に構築される事を特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、少なくとも１つの電気端子を経由して接続される、調整可能な電圧源と、
前記電子源への接続部と
を有し、
前記接続部は、前記電子源（12、58、72、76、96、124、200、202）からの放射線を安定させるための、マイクロ又はナノ構造電界エミッターとして作られ、
前記電子ビームは、電界エミッターの少なくとも1つのチップから放射され、前記アノードに集められることを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスは、
少なくとも1つの、放射線を透過し、かつ真空気密であるレンズ、及び、マイクロ又はナノ構造として作られた前記ダイナトロンチューブ（99、130）を有する、少なくとも1つの電気的導電性のハウジングを有し、
これらは、空洞共振器を制限するTHz電磁波の（長）方形の形状で、前記導電性のハウジング（80、134）によって囲まれ、
前記導電性のハウジングの寸法は、放出される放射線の周波数及び波長に適合される、ことを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスは、少なくとも1つの、放射線を透過し、かつ真空気密であるレンズ（74、99、98、104、128）、及び2つのダイナトロンチューブ構造体（99、130）を有する、少なくとも1つの電気的導電性ハウジングを有し、
前記ダイナトロンチューブ構造体は、マイクロ又はナノ構造かつ発振器として、作られていて、それは、絶縁基板の頂部及び底部に構築され、前記絶縁基板は、前記導電性ハウジングの中の中央に配置され、抽出グリッドとアノードの間の開口を有する、ことを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスは、真空を供給するポンピングデバイスを有するポンピングセル（92）を有し、
前記ポンピングセル（92）は、少なくともダイナトロンチューブ（22、99、130、180）と、特に空洞共振器（94）とに接続されていて、それは、グリッドまたはメッシュ構造（106）のボリュームに接続され、そのボリュームは、電磁放射を反映するが、少なくとも１つのダイナトロンチューブ（22、99、130、180）からポンピングセル（92）にガスを送出する、ことを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１４】
デバイスは、従来型の高真空ポンピングシステム、及び／又は、小型化された真空ポンプとして具体化されたポンピングデバイスを有し、
前記小型化された真空ポンプは、特に、小型化されたオービトロンポンプそして又は堆積ゲッター材料（108）として、高真空を作り出すことを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記デバイスは、THzエミッターセル（105）の両側の外に放射されるTHz放射線を有するTHzエミッターセル（105）として構築され、
例えば、並列の方向に放射線を向ける為の微細な金属メッシュ領域の形状のような放射される放射線の方向にそれぞれ傾いているTHz放射線ミラー（112）を使用し、対象物に焦点を当てる方法で放射線を供給する、少なくとも1つのTHz放射線集束レンズ（114）を使用することを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記デバイスは、少なくとも４つの壁を有する、共振器を有し、
前記共振器は、放出する波長を調整可能であり、かつ、少なくともそのうちの１つの壁（156）と少なくとも１つのアノード（158）が前記デバイスの周波数に合わせて移動可能であり、前記アノードは対応する壁への静的距離に位置する、ことを特徴とする、
前記請求項のうちのいずれかの請求項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記デバイスの同調性は、前記発振器回路の調節可能なキャパシタによって実現され、
共振壁及び前記アノードの位置によって、前記アノード及び少なくとも1つの移動可能な共振壁は、ニチノールステージのような機械的手段に接続され、
前記機械的手段は、前記発振器の容量を変更し、定義づけの為に移動可能な共振壁及び前記アノードを移動し、かつ、放出されるTHz放射線の波長を選択する為に、ニチノールワイヤー又はピエゾ効果駆動マイクロアクチュエーターにおいて、電流を使用することを特徴とする、
請求項5又は16に記載のデバイス。
【請求項１８】
THz周波数で電磁放射を生成する為の、請求項1で定義されるデバイスの使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空内フリーフライング電子ビームから電磁気のTHz放射線の放射を利用する放射線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波を備えた電磁放射を使用する事でいくつかの利点がある為、THz周波中で放射線を得る為にいくつかのアプローチが最先端技術で知られている。
【０００３】
分子および固体の分光法に対して、重要な周波数と波長の多くは、100ギガヘルツから10のテラヘルツで3mmから30μmに及ぶ波長範囲内であってよいマイクロ放射線源の使用は、その波長範囲内で調整可能であり、この範囲のテラヘルツ放射線用のウエハーの半導体チップ上に実装されてよい。そして、マイクロ放射源の使用が1μWと1Wの間のその範囲で十分な出力を示す事は、環境保護、解析論、そして軍事分野、医学および生物学、同様に化学と物理においての材料特性化での全ての分野において分光応用の為の技術的見地から本質的に重要かもしれない。さらに、そのような小型化したソースは、THz放射線を使用したボディースキャナーおよび配列スキャナのアプリケーションのようなセキュリティアプリケーション用のソース配列を構築するのに必要とされている。
【０００４】
電磁分光のテラヘルツ範囲は、分光の赤外線と高周波領域の間に位置している。最近の技術的進歩は、分光のこの領域内での可能なアプリケーションの探査を可能にしてきた。テラヘルツ領域での電磁放射は、医用画像およびセキュリティを含む多くの潜在的な適用性を持っている。
【０００５】
テラヘルツ分光法は、生物学的、化学的および爆発物の検知および識別のために使用する事が出来る。電磁分光のテラヘルツ範囲での分光のデータベースは、世界の至る所での研究所によって、現在編集されている。そのようなアプリケーション用のテラヘルツソースの安全な利用を確保するために、生物学的物質の分光法と、生物学的物質とのたテラヘルツ周波数の相互作用とを更に深く研究する必要がある。皮膚とのテラヘルツ相互作用のデータは、現在、0.1から2THzまで存在する。
【０００６】
テラヘルツ分光の残りの部分(2〜30THz)は、不明のままである。多くの草分け的なアプリケーションの中でのテラヘルツソースのこの部分を可能にする為には、分光のテラヘルツのこの領域の更なる研究が必要である。テラヘルツソースと分光計は、生物組織とテラヘルツ周波数の相互作用をよりよく理解することを必要とする生物学的研究を出来るようにしてくれる。テラヘルツソースを調整可能とするための要件は、1W、CWの電力レベルで0.1から7THzまでのエネルギーを生産する事を可能にすることである。強力で、調整可能で、手頃な価格に加えて小型化したソースを開発し、生産する事が重要である。
【０００７】
遠赤外線範囲における特定の周波数を生成する為に、例えば、CO.sub.2レーザーによって送り出される分子のレーザーのような干渉性放射が使用されてもよい。
【０００８】
他のソースは、例えば、数MeV(数百万ボルト)の非常に高い電子エネルギー、（及びウィグラー（すなわち、強制的に電子を軸の周りで小刻みに動かし、それ故に電磁放射を放射する固体物理磁石の代わりとなる）を使用して、THzパルス電力を発生する。そのようなソースは、自由電子レーザーと呼ばれ、時間単位の非常に高いコストにて顧客によって特殊な高エネルギー物理学研究所で使用する事が出来る。ほんの少しの可能性、装置のような携帯THzソースは好まれない。
【０００９】
今日のTHz放射線源は、「H Hartnagel」に開示されている、発振器周波数のいくつかのGHzを許可するガンダイオードと呼ばれる、半導体ダイオードを使用する。「THz信号パワーを生成する為の弾道電子波振幅(BEWAS)(FREQUENZ  Vol 63、Vol 3/4(2009)60-62)。この放射線は、その後、ベース周波数の高調波を抽出する為の特殊フィルターによって選択され、「THz」として、これ（つまり200GHzの放射線）を使う。そのようなダイオードから抽出された電力は、μワットレジーム内にある。使用可能な一次ダイオード電流は、ジュール熱により制限されている。最大GHzおよび最下THzレジームでの強力なソースの為の必要条件と共に、半導体は、目標に達する事が出来ない。固体および電流密度における電流は、振動する原子格子からのジュール加熱によって制限される。これはそのようなデバイスの為の硬壁である。
【００１０】
より高い出力を持つ遠赤外線範囲の干渉性放射を生成する別の方法は、いわゆるスミスパーセル効果に基づいている。それは、「S.J. Smith, E.M. Purcell, Phys. Rev. 92, 1069, (1953)」の中で提案されたものである。この新しい原理はスミスパーセル効果に基づいていて、金属格子の振動表面電荷に影響を与える為にこの格子を横切り、THz放射線を首尾一貫して放射する自由電子ビームを使用する。永続的に放射されたTHz波との、DC一次ビームの相互作用は、ビームの集積と双極子放射線の増強発光につながる。それは「自由電子レーザー」として知られた方法に似ている放射線の生成を提供する。100〜300μm周期がある巨視的電子源および回析格子は、1mWを上限とする電力を持っている、偏光放射線の干渉性放射領域を生成するために使用されてもよい。そのようなソースもUS 6,909,104 Aの中で小型化した形式で提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
参考文献「相対性理論型におけるスミスパーセル放射線の強度」、J. Walsh、K. Woods、S. Yeager、物理学及び天文学部、ダートマスカレッジ、ハノーヴァー、N.H.03755、US 277-279ページは、そのようなスミスパーセル放射線源に関する理論について議論し、更に、実験結果を与える。参考文献「THz-FIR放射線の新しいソース」、LEOS NEWSLETTER中、1999年2月、J.E. Walsh、J.H. Brownell、J.C. Swartz、物理学と天文学部、ダートマスカレッジ、ハノーヴァー、N.H.03755-3528およびM.F.Kimmitt、物理学部、エセックス大学、コルチェスター、UK、1999年1月7日、1ページ、1-14は、テラヘルツ領域における放射線源のデザインおよび操作モードについて議論する。実験は、「M Goldstein、J.E. Walsh、M.F.Kimmit、J. Urata、C.L.Piatt、Appl、Phys. Lett. 71、452(1997)」に開示されているアプローチの実現可能性を示した。それは、これらのテラヘルツ放射線源が完全に効率的であるかも知れないが、それらはまだ多くの分析的なアプリケーションに十分ではなく、また、それらは十分な程度にまだ小型化されていない。
【００１２】
この結果は、小型化されたスミスパーセルのTHz放射線源、EP 1 186 079 B1の中で使用され記述される。DE 10 302 794 A1に示されるように、電子エミッターおよび小型化された集光光学系として重要な構造の3次元直接蒸着を有するEBID技術および自己再生する製造技術を使用することにより、このソースは小型化される。
【００１３】
スミスパーセル効果に基づいたTHzソースが金属格子での損失に苦しみ、理論上、1mWを上限とした出力を達成することができる事を注記する。
【００１４】
その発明は、高出力から成るTHz領域における電磁波を放射するためのデバイスを提案することを目的とする。
【００１５】
その発明は、ダイナトロンチューブが電磁放射を生成すると知られているという知識に基づいている。
【００１６】
ダイナトロン発振器は、最先端技術、すなわち、自励振動のメカニズムを説明する教科書およびマイナス傾斜がある電流電圧特性を得る方法の原理として知られている。このマイナス傾斜は、自励発振器および電波を放射するチューブを得るために使用する事が出来る。
【００１７】
更に、ダイナトロンチューブが直接電磁放射を生産するために使用されてもよいということは、FR 581 147およびDE 69 304Cの最先端技術で知られている。それらのデバイスの放射電力は、THz周波数でそれを使用するためには十分高くはない。
【００１８】
しかしながら、第2次世界大戦以前の真空管の技術によれば、10MHz領域での双極子放射線の波長しか得られなかった。そして、その後、追加の発信機ラジオ真空管およびワイヤーアンテナによって送信する事が出来た。
【００１９】
したがって、ダイナトロン発振器チューブは、1930年代以来知られている。「H .Barkhausen, Dynatron in Elek-tronenrohren Band 1 (1945) S.75 und Bd.3 (1935), S.73ff, Hirzel Verlag Leipzig」は、到達する事が出来る周波数範囲が、チューブ製造の技術によって<10MHzに制限されている事を開示する。
電磁放射はブロードキャスティングアンプチューブおよびワイヤーアンテナを使用して放射される。電磁放射のブロードキャスティング電力は、アンテナ線を熱することにより生じた抵抗性のジュール損失によって制限される。Lecher 2ワイヤー送信側のシステム効率が5%となることが報告される、「H. Barkhausen, Elektronenrohren Band 3 (1935)S.109 u Hirzel Verlag Leipzig」を参照。
【００２０】
ダイナトロンは、カソード電位、強く陽性の抽出グリッド及び強くない陽性のアノード電位での電子エミッターを持つ三極管チューブである。ダイナトロンは、アノードにぶつかった電子がそこから幾らかの二次電子を放射する、その効果を使用する。この比率は、電子エネルギー、アノードの材料、そしてこれとともに放射された電流に依存する。抽出されるポテンシャルが上昇することが観察された。それは、アノードからグリッドまで流れる増加する二次電子電流が、チューブ電流を減少させる事であり、それゆえ、チューブの電流電圧特性l/Vカーブは、落ち始めたことである。これは、l/Vカーブのプラス傾斜の代わりにl/Vカーブ中のマイナス傾斜を与える。LC連結誘導力およびキャパシタ振動回路のようなアノード回路において、共振回路を使用する事によって、l/Vカーブの陰性の部分によるアクションを可能にすることで、発振器を活発にすることが出来る。ダイナトロンは、それ故、無線送信局中で発振器として使用された。無線管と製造技術により、発振器周波数は、1930年代に、最大のMHz領域に達した。トランジスターおよび半導体回路への技術が転換することによって、最大のMHzおよび最低のGHz領域での発振器の成功的開発が可能になった。 
【００２１】
この困難を克服する為に、ケンショルダーは、１９６１年に、真空管の中で自由に飛ぶ電子を使用する提案を行った「コンピューターの進歩、Franz Alt, ed., Academic Press, New York, 135-293の中で、Shoulders, K.R. (1961)、電子ビーム活性機械処理技術を用いたマイクロエレクトロニクス」。
【００２２】
しかしながら、エレクトロニクスのすべての分野におけるトランジスターの勝利は、情報転送の為の真空電子デバイスの開発を止めることとなった。しかしながら、真空エレクトロニクスは、今日におけるマイクロ波電源、ジャイロトロンおよびその他の衛星送信チューブの開発を引き継いだ。
【００２３】
それは、2本の自由電子ビームを用いて、テラヘルツ放射線の放射をコントロールするという方法により、ダイナトロン発振器を使用する発明の考案である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この発明は、テラヘルツ放射線源に関するものである。上記のように、そのデバイスは、新しい方法で自由電子ビームと結合したダイナトロン発振器三極管の原理を使用する。
【００２５】
この発明によれば、自由電子ビームを有する、電磁気のTHz放射線を生成する為のそのデバイスは、上述の機能性を備えたダイナトロンチューブで構成される。ダイナトロンチューブは、電子源、抽出グリッド、およびアノード（好ましくは、コーティングされ、又は、Cu-Be合金のような高二次電子放射用の材料組成物コーディングされたもの）で構成される。ダイナトロンチューブの全ての構成要素は、真空中に配置される。
【００２６】
更に、ダイナトロンチューブは、抽出電圧がアノード電圧より高いという設定で、抽出電圧およびアノード電圧を供給する電圧供給に接続されている。そのデバイスは、また、アノード電圧を調整する自励式の発振器で構成され、アノード電圧は、作用点電圧にセットされる。デバイスのその構成要素は、ある方法で配列される。その方法は、発振器電圧が、正の一次電流がアノードに流れる電圧振幅の半分で加速する。そして、電圧振幅の次の半分で、そのような高一次電流、すなわち、二次電子電流が一次電流の2倍の値を持つアノードから抽出器に放射され、従って電流と拾気流量を一次電流に逆方向で生じさせながらネットを流れる。
【００２７】
このデバイスは、THz周波数で電磁気の双極子放射線の放射に必要な自由に流れる電荷を導く。特に、これは、加法リソグラフィー、マイクロメカニカルリソグラフィーと処理、そしてナノリソグラフィー方式のうちの1つを使用し、真空気密空洞への絶縁体上で統合されたダイナトロンチューブおよび発振器回路を備えたTHz周波数で電磁気の双極子放射線の放射に必要な自由に流れる電荷を導くことができる。それぞれのソースは、共振器の中に構築され、放射線を放射する為に、および共振器を空にする場所で少なくとも1つの透明窓を持っている。
【００２８】
この発明によれば、ダイナトロンチューブは少なくとも2つの三極管構造に接続され、三極管構造が、互いに反対側に配置され、方向に従って電子ビームを送る。ダイナトロンチューブによって、抽出電圧を三極管構造の抽出グリッドに供給する方法で、三極管構造は接続される。電子は、ダイナトロンチューブから送信される電圧の第1の半波の中で、第1の三極管構造によって自由電子ビームとして放出され、一方、第2の三極管構造は、第2の三極管の放出をコントロールする電圧を反転する、キャパシタを経由してダイナトロンチューブに接続される。第2の三極管構造は、第2の三極管の抽出電圧として使用されるダイナトロン電圧の第2の半波の電圧降下を導く自由電子ビームとしての電子を放射する。自由ビームは、双極子放射線の各々の半波を送る。
【００２９】
このセットアップによれば、ダイナトロンチューブは、それ故、2つの各々に供給される真空三極管のグリッドに印加する発振器グリッド電圧のためのソースとして利用できる。すなわち、反対方向に飛んでいて、第2のチューブのグリッド供給ラインに置かれるキャパシタにより極性中で反転された第2のチューブ用のグリッド電圧によって切り替えられる2本の自由電子ビームを生成する為に互いに重ねることが出来る。この結果は、２つの反対方向に飛ぶビームが、互いに逆位相を持って、飛ぶ効果につながる。
【００３０】
好ましくは、放射線は、求められるTHz放射線を選択するようにデザインされた大きさを持った共振器構造へ放射される。
【００３１】
特に、そのデバイスは、小型化した方法、発振器電圧のTHz発振を許容する為の特別なダイナトロンチューブで製造される。
【００３２】
第1の有利な実施例では、アノードと抽出グリッド間の距離は、生成するべき放射線の半波長、すなわち、バイブレーティング発振器によって出力された周波数と一致する。
【００３３】
この発明によれば、自由電子ビームを有する小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源は、下記に述べられる。そのセットアップは、発振器および電磁放射エミッターとしての、ただ1つのダイナトロン発振器チューブを使用する。電子ビームパスは、小型化した電界エミッターおよび抽出器が、ホールの横に設けられるという方法で構成される。エミッター抽出器距離は、<10μmである。ビームはホールを横切って飛び、アノードにぶつかる。エミッターとアノードの距離は、例えば200GHzで750μmを発生する電磁放射の半波長と一致する。
【００３４】
エミッターからアノードに飛ぶ電子は、アンテナのような放射線の１つの半波を放射する。アノード材料を選択すること、及び、そのアノードでエネルギーを得るための電子によって、発振の第1の半波で、正の全電流はカソードからアノードへ流れる、そして第２の半波で、衝突する電子の電圧は、非常に高く上昇する、すなわち、カソード放射電流の2倍の値を持っている二次電子電流に到達する。
【００３５】
これは、第２の半波長において、反対方向にアノードからグリッドまで飛ぶ合計正味電流に帰着する。各半波の中で、この正味のリバース電流と共に、H. Matsumotoの「Cバンドの進歩(5712MHz)50MWのクラスPM Klystron(II)」からの文献、議事録  第26回、線形加速器会議ジャパン 2001によれば、自由電子ビームは、双極子電磁界を生成する。すなわち、それは、アンテナのワイヤーにおけるオーム損失に苦しむLecherトランズミッターが行うように、47%まで、あるいは少なくとも5%以上のビームエネルギーを放射線へ放射する。10mAの総電子電流を持った100Vの抽出電圧では、放射されるTHz放射線電力は470mWあるいは少なくとも50mWである。100mAおよび200Vを使用すると、1Wの予想される放射に達する事が出来る。ダイナトロン回路中で調整可能なキャパシタンスを使用することは、発振器周波数の変更を可能にする。したがって、そのシステムもまた、調整可能である。電子ビームは、200GHzにおいて、１の半波長で、例えば、グリッドとアノードの間の距離375μmを飛ぶはずである。この距離はまた、正味のリバース電流のフライングパスである。半波長の1/10にあたる例えば、30μmの非常に小さな電波到達範囲におけるそのような高い電流を得る事は、必要である。30μmx 1μm=3 10-7cm２のカソード領域と30mAの総電流を仮定すると、そのカソードは、10.104=0.1MA/cm２の電流密度を送らなければならない。それらに0.125mA/cm２の負荷をかける場合、Wワイヤーは溶ける。
【００３６】
発振器は、少なくとも1つの抵抗、少なくとも1つのインダクティビティーおよび少なくとも1つのキャパシティーからなり、又はただ1つの型、又は前述された3つの構成要素のうち2つを使う可変複合抵抗器として可能な限り具体化される。基礎的な電気工学の教えから知られているように、その要素は、並列共振器あるいは直列共振器を形成する事が出来る。有利な方法では、キャパシティー又はインダクティビティーは調整可能である。その方法（つまりソースの微調整）は、発振器キャパシタンスの外部変更を通じて得られる。別の場合では、また、発振器インダクタンスにおける変化を使用する事が出来る。どんな場合においても、インダクタンスによる、キャパシタンス又は磁界のサイズへの追加電圧制御の影響が、例えば、キャパシタ付近の付加電極を動かす手段、又は、例えば、追加されたラインの長さを平行につなぐことによる、インダクタンスの追加変更が発生する事で得られる。
【００３７】
高周波のための、必要な小さな間隔を達成する為に、ダイナトロンチューブおよび発振器回路は、アノード、抽出グリッドおよび電子源が高熱コンダクタンスおよび低抵抗のワイヤーで接続されて、微構造として有利に具体化され、そして、加法リソグラフィー、マイクロメカニカルリソグラフィーと処理、及びナノリソグラフィー方式のうちの1つを使用して、真空気密空洞への窒化ホウ素（BN）やダイヤモンドのような良好な熱伝導性を持った絶縁体上で統合される。
【００３８】
この発明によれば、ダイナトロンチューブは、加熱又は冷電子源を備えた小型化した形状で製造する事が出来る。
【００３９】
特に、電子源は、点状のデザインおよび材料、低い仕事関数を持っており、少なくとも比較的低電圧に応じて電子を放射し、加法ナノリソグラフィーを使用して、電界エミッターの何らかのチップに付着する。有利なことに、電子源は、安定化した直列抵抗を持った容易な伝導性材料からの加法ナノリソグラフィーを使用して構築された、0.1μm未満の先端半径のチップを備えたワイヤーの形をした冷電界放射エミッターである。そして、そのワイヤーは、電界エミッターのいかなるチップにおいて、いかなる電気端子と接続用の導体経路構造の表面上で自由に終了する少なくても１つのストレート設計及び湾曲設計において、コンピューター制御された堆積リソグラフィーを使用して配置される。
【００４０】
別の実施例では、電子源は、金属から、冷電界電子端エミッター形状に構成される。すなわち、電子源は、THz放射線の波長の<0,25の放射端の長さと、通常のエミッター材料のような炭素、タングステン、金、プラチナ、イリジウム又はその他の耐熱性、又は通常の金属及びその混合及びそれらの合金の等のca 4eVの仕事関数か、半導体材料のようなシリコン又はGaN窒化ガリウム等の2.4 eVの低い仕事関数を持っていて、そして、安定化した直列抵抗と、端エミッターからの短距離における焦点調整円柱レンズのように構成された抽出器を持っていて、そして、端エミッターブレードの上と下とに位置した2枚の金属ブレード形状に構成され、同じ抽出電位を持つアノードへ、ビームが焦点を合わせ、そして、光学又は電子ビームリソグラフィパターニングを用いて、そしてその後のマイクロメカニカルエッチングおよび蒸着過程を使用して構成され、別の工程段階において、又は、エミッター、抽出器とアノード製造工程と平行して、断熱基板に作られた金属導体線を介して外部電源に接続される、アノード金属領域と同様な、エミッター及び抽出電極を有する。
【００４１】
テラヘルツ放射線源は、電子源からの放射線を安定させる為に小型化した、電子源への少なくとも１つの電気端子、及び、接続部を経由して接続された制御可能な電圧源を、更に備えてもよい。そこには、電界エミッターのいずれのチップに磁場を誘導する電子ビームがアノードの電極に集められる。
【００４２】
更に有利な実施例においては、ダイナトロンチューブは、出力効率を改善する導波共振器の壁によって囲まれる。導波共振器は、レンズによって覆われてよい。例えば、空洞共振器の窓を用いる事により、例えば、THz放射線透過材、ビーム誘導用のシリコン又はその他で作られた集束レンズ、ビームガイダンス及び関心のある領域に焦点を合わせる事ができる。
【００４３】
別の実施例において、電界電子エミッター、静電気抽出器又は抽出レンズ、アノード、発振器回路、電位供給分圧器、および金属線から構成された小型ダイナトロンチューブおよび発振器は、空洞共振器を制限するTHz電磁波の、長方形の形状の伝導ハウジングに囲まれる。空洞共振器の大きさは、THzソースから放射される放射線の周波数および波長に適応する。そして、それは、内部高導電性金属壁を備える、覆われた構造で、マイクロメカニカルに生産されることにより、ボンディング技術のような真空気密の方法でカプセル化され、そして、放射線の反射する底部の上の絶縁底部と、周囲圧力外部への技術的な使用の為に生成された電磁放射を送信する為のTHz放射線透過材から構築された天井窓と、を有する。
【００４４】
発明の更なる改良は、2つの小型化したダイナトロンチューブ構造および発振器を備えることで達成するだろう。それらは、ベース中央に配置した絶縁の頂部及び底部に構築され、抽出器とアノード間にオープンホール、すなわち、2本の自由電子ビームを放射するエミッター内で、同期して放射され、それぞれの側に2つの集束レンズを持つ空洞共振器に向けてつくられ、単一ビーム方式と比較して、2倍になった電磁放射電力を供給する事をもたらすオープンホールを有する。
【００４５】
更なる実施例は、全ての構成要素が発振器に統合される、小型化した構造であり、導波管共振器又は空洞共振器に電磁放射を放射し、0.1〜2THz周波数範囲において最大1ワット電力の高効率性を有する。
【００４６】
今日、セキュリティの問題および化学検知および分析システムは、0.1〜2THz領域での、強力で、小型化され、調整可能で、可能であればポータブルな放射線源が要求される。セキュリティアプリケーションは、それぞれが4×4 x 4mm3より小さい大きさにおいての、そのようなソースの配列の製品を要求する。
このシステムは手頃な価格でなければならないし、最大1ワット出力を持っていなければならない。
【００４７】
加えて、ソースの全容積は小さい。特別な高次高調波抽出導波路網は必要でない。今日のマイクロメカニカル技術によれば、配列における低コストの製造は、THzスキャナを使用することで、セキュリティーシステムをさらに小型化出来る。
【００４８】
本発明においては、現在、真空共振器の内部を自由に飛びまわる電子ビームを製作する為に、ダイナトロンチューブが、小型化した形状で使用される。これは、スミスパーセルラジエーターにおいて可能とされた、<0.1%よりはるかに高い割合のエネルギーである、>5%のエネルギーを放射する。
【００４９】
ダイナトロンチューブの構成要素は、真空環境にある必要があるので、別の実施例は、全てのデバイス、すなわち自由電子ビームを有する小型ダイナトロン発振器のテラヘルツ源が、ポンプ室に接続している真空室の中に構成される事を提案する。ボンディングによって、その構造を密封した後、真空を維持する為に、ポンプ室には、ゲッター材が備えられる。代わりの方法として、DE 10 241 549 B4に示されているように、ダイナトロンチューブを有する空洞共振器の近くの真空室の中に、活発な小型オービトロンポンプを配置し、組み立てることができる。
【００５０】
有利な実施例においては、ポンピングセルは、デバイス、特に空洞共振器に付けられる。そして、それは、電磁放射を反映するが、ポンプセルから真空を送るそのボリュームに、グリッド又はメッシュ構造を介して接続されて良い。
【００５１】
真空は、従来の高真空ポンプシステムで作ることができる、及び／又は、小型真空ポンプが高真空を作る（例えば、小型化したオービトロンポンプ、及び／又は、蒸着イオンゲッター材）。
【００５２】
一般的には、ゲッター材は、成功的に長い間、電界放出のソースを実行するように、例えば、<10-5Paの要求された圧力のために空気を抜いた空洞共振器で使用される。ゲッター材は、カプセル化された構造物の中において、製品を生産し、要求された真空を維持するために、電極によって活性化される得る。
【００５３】
ダイナトロン発振器の真空室は、THz電磁放射用の共振器としての役割を果たす為に、更に、デザインされ、構成される。共振器の構成は、1波長を選択する為に組み立てられる。
【００５４】
更なる実施例では、波長は調整可能である。それは、ダイナトロン源が、調整可能だという意味である。調整可能なダイナトロン発振器は、発振器回路のキャパシタの微調整、及び、壁(複数可)を移動させる事により、共振器のチューニングと平行にアノード上で一次電子ビームのインパクトの位置を変える事により、電子ビームの長さをコントロールする為に抽出器の近くに静電気か磁気ビーム偏向電界を使用する事で電子ビームの着陸のポイントの微調整によって実現される。
【００５５】
デザインの他の好的な実施例においては、共振器を適応させる事による調整可能なソースの、選択及びTHz放射線の周波数をあわせるために、発振器の構成は、少なくとも1つの移動可能な壁で、デザインされ、機械処理される。その壁は、共振器の外側に位置する静電アクチュエーターを経由して移動される通電性のブレードをマイクロメカニカルに作り、使用するため、又は、ニチノール(形状記憶合金)を使用したアクチュエーターのようなその他の機械的、電気的な手段を使用するために、移動可能である。それらのアクチュエーターは、電流フローを通じて熱を加える事により、曲げられる又は縮小させられても良い。
【００５６】
更なるデザインにおいて、グリッドとアノードの間のダイナトロンビームパス領域は、オープン構造である。そして、第２のダイナトロン発振器三極管は、第１の構造の下に作られ、配置される。ビームは、互い同相であって、平行に飛ぶ。これは、放射された放射線の電力を2倍にする。
【００５７】
有利な実施例において、真空容器中のそのシステムのカプセル化は、例えば、シリコンあるいはその他のTHz透過材からなる、1つ又は2つのTHz送信レンズを、共振壁に接合するために達成される。放射されたTHz放射線ビームは、電子ビームのミドルプレーンへ向かう角度に位置する傾けられたレンズの外側の近くに、傾けて配置されるミラーによって、方向づけが可能となる。この方向付けが、広い範囲のビームとして、2つの発振器構造のミドルプレーンに向けて平行に放射可能な放射線を形成する。
【００５８】
特別な方法では、ソースセルの両側の放射されたTHz放射線を有するTHzエミッターセルとして構築することができる。そして、傾けられたTHz放射線ミラー、例えば、平行に放射線を導くための微細金属メッシュ領域の形状が使用される。そして、スキャナー線光源アレイの要素としてセキュリティシステムに必要とされるので、遠くにある調査対象の対象物に焦点を当てる方法で、放射線を供給する為に、少なくとも1つのTHz放射線集束レンズを使用する。
【００５９】
このデザインは、好ましくは、セキュリティの理由でスキャナで使用される為、1列に配置されたソースを有する、THzソースの製造コームである。そのデザインはまた、好ましくは、例えばバーコードを備えた商用製品に例えば特徴付けられるような安全スキャナアプリケーションのための、小型化したソースアレイである。
【００６０】
市販のゲッター材料を使って、mmからcmサイズの空洞に真空を供給し、そして、共振器が、集束レンズやワイヤーグレーティング反射器のような、THz放射線透過シリコン製品を使って閉じられるという事から、更に、人は、要求される真空ボリュームを小型化する事、及び多くの小型化されたTHzソースを並べて作る事が出来る。そのような列は、個々に切り替え可能で制御されたTHz放射線エミッターを集める為に利用でき、そして、それらは、断層撮影法及び他の過程で使用され、解析及びセキュリティーアプリケーションにおいて、反射強度分布解析システムに反映されるという、利点を有する。
【００６１】
更に好適な実施例において、そのようなソースの配列は、例えば、薬および爆発物捜索のようなプロセス調査や特定の分野のアプリケーション等で解析された、分子振動最大により選択された異なる波長を放射する為に作ることができる。
【００６２】
本発明の更なる好適な実施例においては、ソースおよびソース配列は、調整可能に出来る。アノードを移動させ、かつ回路にキャパシタ又はインダクタンスを接続することによって発振器周波数を変更する為の、少なくとも1つのNiTiNOLエンジンを使用することで、ソースは調整可能になり、外部からコントロールする事が出来る。そのような2つ以上のNiTiNOLエンジンは、垂直方向に共振器壁を移動させる為に使用できる。調整可能なソースは、分光分析作業により事前に配置され、そのような手段で達成できる。自由電子ビームを有する小型化さした調整可能なダイナトロン発振器テラヘルツ源の本実施例は、犯罪者、製薬医学とその他の反応制御および分析の為のTHz指紋分析用の高解像度分光計と組み合わせる事で特に効果的である。さらに、爆発物と薬の検知については、指紋吸収特性の分析は、1THzと6 THzの間で要求される。M.R. Leahy-Hoppa et al.化学物理学公式文書、434(2007)227-230(ジョン・ホプキンズ大学、ローレルMD、ボルティモアMD、アメリカ) によって報告されたように、小型化されたシステムを有することは、種々の産業での化学技術と国土安全保障において、反応調査および制御のための、そのような分析的技術の実行を許容する。
【００６３】
本発明の特徴は、そのようなTHzソースが、小型化され、かつ、リフトオフや蒸着等の光学及び電子ビームリソグラフィーおよび多重層構造生成、BOSCHプロセス等の深溝エッチング、及び、ソースを密閉するボンディング技術をのような、作業工程を適用した、現代MEMS技術を使って作られる。
【００６４】
すなわち、集束電子あるいはイオンビーム感応析出およびエッチング技術を使って、高い二次電子放射を備えた材料で覆われた電子源、抽出グリッドおよびアノードを製造する事が好ましい、しかしながら、標準のマイクロ構造と蒸着技術もまた、その構造を作るために使用する事が出来る。
【００６５】
アノードコーティングのためのそのような材料は、例えば、酸化マグネシウムMgO、酸化チタン、ダイヤモンド、二酸化ケイ素又は炭化ケイ素、またさらに窒化ケイ素S13N 4あるいはその他の無機または有機絶縁層である。注意すべきは、衝突する一次電子ビームが、アノードコーティング層を改変しないものとし、安定した二次電子放射係数を持つべきという事である。
【００６６】
この状況下で、これらの現代のマイクロメカニカル製造技術を用いて、許容される範囲で、発振器回路を小型化する為に、本発明のTHz周波数が達成される。例えば、2THzの発振器周波数は、古典的な電子規則に則った、キャパシタC=10-16ファラド、インダクティビティーL=10-11ヘンリーで構成された振動回路を用いた場合に、得ることができる。そのようなキャパシタは、例えば、距離1μm、3×10μm2の領域をカバーし、それぞれの長さが10μmの2つの金属ラインを用いた場合に得られる。インダクティビティーの要求されるサイズは、幅5μm、長さ6μmの領域を囲むワイヤーの1つのループによって得られる。THz領域用の発振器を有するダイナトロン発振器三極管は、全体で、例えば、10×20=200μm2の設置面積に作ることができる。そのような回路は、THzエレクトロニクスの、時計として用いられ得る。
【００６７】
従って、本発明の更なる目的は、自由電子ビームを有し、小型で、線形と2次元配列で形状に作ることができる、共振器とビーム集束レンズとマッチする、小型化された調整可能なダイナトロン発振器テラヘルツ源の為の解決法を提案することである。
本発明は、従って、テラヘルツ放射線を放射し、更にある程度まで小型化され、共振器の内側に複数の並列・反並列ビームで、配列を作ることができて、放射線送信と集束レンズで閉じられていて、分析的、軍事およびセキュリティアプリケーションの為の、より強力なソース又はソース配列を有する、自由電子ビームシステムを提供することを目的とする。
【００６８】
更に有利な実施例においては、非常に明るい電子源が、ダイナトロンチューブの電子源として用いられる。それらの非常に明るい電子源は、マイクロ電子工学23(1994)477-481、J.Kretz et.alによって公表されているように、非常に明るいTHz放射線源を可能にした、電子ビーム誘起蒸着法EBIDを用いた新しい材料で作られた、小型化された冷電界エミッターや抽出器のような真空電子工学の発展において知られている。
【００６９】
ある方法で電子ビームシステムを作る為の、本発明の更なる課題として、その自由に飛ぶ電子および二次電子ビームは、自由電子レーザーでのウイグラー、又は、スミスパーセルTHzソースでの複数の格子周期又は進行波管中の多くの空洞のような追加の一括配置を必要とせずに、類似の一括する方法でTHz放射線を放射する事を可能にすることである。
【００７０】
システムは、また、アンプ及び送信ワイヤーアンテナを使用しない、しかし、それらの機能は、すべてダイナトロン三極管チューブ自体に備わっている。これは、数μmから1mmの波長の調整可能なソースを備え、THz放射線の生成を目標とした場合に、特に可能である。エミッターと抽出器から構成された電子源は、THz放射線の0.1λより更に小さいサイズで作られる。アノード材料と、正味電流が飛ばない電圧Eを定義する、その二次電子放射特性と、例えば、放射されたSe電子を、要求される周波数の半分以内にアノードからグリッドへ反対方向に飛ばすことができる方法においての、発振器回路のコンポーネントと、を選択する事で、発振周波数でフライング電子電荷によって放射されたIR放射線の波長に適用される共振器へ、前方及び後方に飛ぶ電流が、THz放射線を放射することができる。
【００７１】
マイクロ電子工学、光学及び電子ビームリソグラフィー、単一層又は多重層の構造化制御および蒸着技術、ナノ粒状材料を運ぶ新しい高電流密度及びコンピューター制御EBIDプロセス（マイクロメカニカル構造原理及びプロセスと同様）を使用する事でこの目標は、今では、達成することができる。
【００７２】
発明者らは、セキュリティーシステムにおける強いニーズは、大量に合理的なコストで作る事が出来る小型化された優れたTHz放射線源を得る事であると認識していた。それは、1つのソース当たり必要とされるスペースを小型化し、かつ、セキュリティーシステムにおいて<3m高さの姿のスキャニングイメージを得る為に使われるソースの数を高めることあった。ソースのより高い明瞭性で、検査結果の安全性を強める分解能も4mmから<1mmまでに改善される。また、小型化された調整可能なソースは、研究所、および日常・軍事分野における化学薬品の小さなサンプルの分光研究に必要である。
【００７３】
本発明の特に好適な実施例によれば、共振空洞内部で飛ぶ自由電子ビームは、ベース基板のホールを横切って飛ぶため、上記に引用された自由電子レーザー及びスミスパーセルラジエーターのように、影像電荷を有する表面を充電する事によって遅らせることはできない。更に、ビームは、アンテナ線で電荷のように作用し、電磁放射を放射する。特に、自由に飛ぶ電子の特徴は、放射線放射アンテナ内でこの加振用のジュール熱消費エネルギーを生成する原子格子が無い事であり、これにより、このアンテナが、自由に飛ぶ電子ビームにより無形で存在する。これは、前方及び後方に飛ぶ電子又は二次電子電流に適用出来る。2つ目の特徴において、本発明は、１つ又は複数の非常に優れた小型電子放射システムを用いることに基づき、これらは、ナノ粒状材料のEBIDを用いて、3次元蒸着制御のコンピューターを使って数分で生産される。
【００７４】
更に有利な実施例においては、ポータブルで調整可能な小型THzダイナトロン源は、電圧と電流と制御のすべてをポータブルパックから供給することを可能にする。それは、少なくとも1本のダイナトロンチューブのための十分な電力及び電圧のバッテリーを含んでいて、そして、また、キャパシタ、アノードでのビーム・インパクト位置、アノード位置及び少なくとも1つの電子エミッター抽出システムである、そのシステムの調整可能なデバイス部品用の電源および制御電子回路を含んでいる。
【００７５】
本発明の更なる実施例によれば、小型化したダイナトロンチューブは、発振器として有用であり、その発振アノード電圧の2つの三極管チューブで制御する、それらのグリッドがダイナトロンチューブのアノードに、それらのカソードが電圧Eに、接続されていて、その電圧Eは、ダイナトロンチューブ三極管中の0正味電流用の電圧である。そして、それは、第１の三極管チューブが、発振器電圧振動の第１の半波で、三極管アノードへの電流を放射していて、そして、キャパシタによる信号反転により、第2の三極管チューブは、発振器の第２の半波の負の電圧降下で、放射する。この実施例では、電子ビームは、衝突可能なポイントで、ホールを有する共振器壁としてのアノードに向かう途中で、抽出電圧から放出された後に加速でき、電子ビームは、共振器を通じて又は少なくとも共振器の底部のチューブを通じて与えられたアノード電圧でのアノードポテンシャルで飛ぶ事が出来る、その共振器底は、ビーム飛行軸に垂直な開口を持っていて、その開口は、飛行電荷パルスが、共振器へIR THz放射線を放射する事を可能にし、その共振器は、電子ビームによって生成された電磁界からこのIR放射線の適切な波長を選ぶために形成され調整される。二次電子ビーム生成三極管で、そのチューブの反対の端部へそのビームを放ち、それは、同じアノード電圧に加速され、チャージパルスが、共振器の中心で開口を介して、共振器の内部に導かれる。 
【００７６】
特に、両方の三極管は、同じ表面で作られるが、カソード、グリッドおよびアノードの反転位置を持っていて、グリッドからアノードへの距離は、それが生成されるように、THz放射線の波長の半分に相当し、電子ビームは反対方向で放射され、各半周期で電磁波を放射する。この回路は、導波管の寸法と規則によって、必要な波長を選択するより大きな共振器の中心に備え付けることができる。
【００７７】
更なる実施例において、ダイナトロンチューブも、また、双極子放射線を放射する為に2つの標準三極管と結合されてもよい。双極子放射線を放射する為に、電子ビームは、半波長毎にその方向を変更しなければならない。もし2つの標準三極管構造が互いの反対に置かれ、小型ダイナトロン等の電力発振器チューブから三極管に供給される、正の抽出電圧を有する半波で電子を放射する為に動作する場合、これは達成され得る。この回路は、高い電力および高密度電子エミッターを要求する。その利点は、同じチップ上で作られる、例えば、マイクロ構造の種々のキャパシタによるL/C発振器を変化させることにより、波長を微調整することである。THz発振のために、例えば、アルミナAI2O3又はその他の低いk材料のような絶縁体基板上の金属線をデザインする、標準の光学リソグラフィーを有する、マイクロリソグラフィーを使って得ることができる、非常に小さなキャパシタおよびインダクタンスが要求される。この回路では、ダイナトロンは、発振器アンプとして古典的方法で使用される。
【００７８】
更に有利な実施例においては、デバイスは、三極管構造の抽出グリッドとアノードの間に位置される共振器を有してもよい。共振器はまた、アノードを有する構造ユニットになり得る。
【００７９】
共振器、又は、三極管構造の各アノードは、電子ビームの入口及び出口の為の、開口（好ましくは、波長の1/10の直径のホール）を有してもよい。開口の数は、三極管の数と一致する。開口は、互いの反対に位置される。開口により、パルスは反射され、反対の電子源で遅らせられ、それ故、共振器の外部で集められる。これによると、開口に戻る電子の反射が妨げられ、それは、パルス電荷および電磁半波の生成を減らすであろう。
更なる改良においては、THz放射線を放射する開口がある共振器の中心でのみ、放射方向における共振器領域をカバーする方法にて、共振器はデザインされても良い。
更なるデザインにおいて、グリッドとアノード間のダイナトロンビームパス領域は、解放構造であり、第２ののダイナトロン発振器三極管は、第１の構造の下に作られ、配置される。ビームは、互いに、平行かつ同相に飛ぶ。これは、自由ビーム発生器として2つの小型三極管、すなわち、発振器の、共振回路の電圧でそれらのグリッドを制御し、1つは他方に関して180度の位相シフトを持っている状態で、放射された放射線の電力を2倍にする。
【００８０】
前の記述によると、空洞共振器中で自由に飛ぶ電子ビームが、送り手アンテナに発振電力を供給するアンテナ線又はラインワイヤーを熱することにより、エネルギーを失わずにすぐに電磁気の双極子放射線を放射するので、この光で、本発明が全て固体の状態のTHzエミッターより優れている事が、明らかになる。
【００８１】
ナノ技術製造技術が、代わりのTHz放射線波長の寸法内で互いの側にいくつかの電子ビームを生産する事を可能にするので、いくつかの同相放射エミッターは、平行に操作でき、また、この配置で、合計放射電力が強く向上される。上下ビームの使用、あるいは、共振器内の同相とソース配置で作動させる上下にセットされた複合平行ビームシステムの別の好ましい実施例において、出力電力は、2倍そして更に増やすことができる。
【００８２】
本発明の更なる利点、特徴及び潜在的なアプリケーションは、図面中で例示された実施例と共に、以下の記述から集められても良い。
【００８３】
記述、請求の範囲及び図面の全体にわたって、これらの用語と関連する引用符号は、引用符号の一覧表から注目するべきものとして使われる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１ａ】本発明ににかかる小型デバイスイスの概略図である。
【図１ｂ】図1に関するダイナトロンチューブのアノードの電流／電圧特性である。
【図１ｃ】図1に関するデバイスの構成図である。
【図２】金属化パターン、及び、自由電子ビームを有する小型化したダイナトロン発振器テラヘルツ源のEBIDエミッター、抽出器およびアノードの概略図である。
【図３】自由電子ビームを有する小型化したダイナトロン発振器テラヘルツ源の複合EBIDエミッター、抽出器及びアノードを備えた金属化パターンの概略図である。
【図４】空洞共振器内で統合された小型化デバイスの概略側面図である。
【図５】空洞共振器に組み込まれた2つの自由電子を有する、小型れたダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略側面図である。
【図６】ゲッターを有する、小型れたダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略代表図である。
【図７】ミラーと束性レンズとを有する、ダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略断面図である。
【図８】ブレード形状の金属端エミッターを有する、小型れたダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略側面図である。
【図９】空洞共振器内に2枚のブレード形状の金属端エミッターを有する、小型れたダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略側面図である。
【図１０】THzソースの調整可能なセットアップの概略平面図である。
【図１１ａ】自由電子ビーム放射線を発生させる三極管チューブを使用したダイナトロンチューブの概略図である。
【図１１ｂ】逆位相とビーム方向を有する、１平面に２つ構成された自由ビーム三極管チューブの側面図である。
【図１１ｃ】放射三極管チューブに接続したダイナトロンチューブの金属化パターンの概略図である。
【図１１ｄ】2本の三極管チューブについての、時間に対するダイナトロンチューブの放射電流のグラフである。
【図１２】その電圧が少なくとも1つのステージアンプで増幅された場合においての、THz電圧発振用のダイナトロン発振器を備えた小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の3つの構成要素の概略回路図である。
【図１２ａ】2つの三極管電子源と、直列発振器として構築されたTHz電圧発振用のダイナトロン発振器をと有する、小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の3つの構成要素の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
図1aは、本発明にかかるTHz放射線を発生する為の小型デバイス10の概略図を示す。デバイス10は、ダイナトロンチューブ22と、バッテリー24と、発振器26とを有する。
【００８６】
ダイナトロンチューブは、冷電界エミッタカソード12と、電界エミッターカソード12の反対側に位置する、電子透過グリッド14の形状の静電気抽出器と、アノード16とで字構成される。ダイナトロンチューブのすべての構成要素は、真空環境で囲まれる。
【００８７】
アノード16は、二次電子の強い放射を許容する材料層で覆われる。透過抽出グリッド14は、2本の金属ビームの形状である。
【００８８】
更に、発振器26は、アノード16に交流電圧を供給するグリッド電圧バッテリー24での電圧接続点28に発振器回路26を接続するように、インダクタンス18、キャパシタ20および金属配線で構成された回路に具体化される。バッテリー24は、高グリッド電圧および低アノード電圧を供給する。
【００８９】
図1bは、効率により得られるアノードの電流（l_アノード）／電圧（U_アノード）特性を示す。すなわち、アノード電圧のある高さにおいて、アノードで、増加した二次電子が生成され、フライバックしてより高いグリッド電位になり、負になるアノード電流を生成できる。作用電位点30は、アノード電流が0になるところに位置している。この点で、放射電流が、アノードから放射された二次電子に等しくなる。
【００９０】
図1c、ダイナトロン発振器と、光学又は電子ビームリソグラフィー、及び配線パターンとしての標準リフトオフプロセスを使用して、カソード用のコンピューター制御EBID（電子ビーム誘起蒸着法）によって、絶縁基板上に作られる構成要素の配線。電子エミッターは、ヒーター電流によって加熱可能に、ヘアピン形状で構成され、そしてまた、抽出ロッドおよびアノードロッドは、コンピューター制御のEBID技術を使用して構成される。さらに、非加熱の単一棒EBID電子エミッターを使用する事が出来る。
【００９１】
図1cは、デバイスのための可能なレイアウトを示す。ここには、電子ビーム誘起蒸着法（EBID : Electron Beam Induced Deposition）で作られた、直径200nm、長さ1μmのロッドとしての、カソード12及び抽出グリッド14が示される。これら２つの蒸着された金属ラインは、絶縁基板(図示なし)上のリソグラフィーおよびリフトオフ技術によって、予め作成される。アノード16は、また、蒸着されたロッド構造（例えば、高SE放射材料で覆われた1μmの高さのロッド構造）として示される。更に、発振器は、平行板キャパシタ20と、単なるラインや円形ループでなくてもよい、適切なサイズのインダクタンス18とを有する。
【００９２】
デバイス10は、更に、抵抗器の分圧器電圧ピックアップ32を有する。また、これはバッテリー24の発振器中間電圧ポイントに電圧をセットする為に、EBIDによって作られる。
【００９３】
小型デバイスのサイズの合計は、<20×20μmであることが予想される。これは、THz放射線の予想放射波長よりはるかに小さい。
【００９４】
図2は、EBIDエミッター42と、抽出グリッド44と、インダクタンス48及びキャパシタ50を有する、LC発振器47に結合した小型ダイナトロンチューブのアノード46と、を含むデバイス４０の金属パターンの概略図である。これは、自由電子ビームを有する、テラヘルツ源が組込まれる。本発明のこの好適な実施例において、電子エミッター42とチューブの抽出グリッド44の間の距離は、放射されるTHz放射線の0.1の*λ/2ほど大きくない小型化した方法で作られる。抽出グリッド44への0.1λからλ/2までの距離に、アノード46が配置される。その距離は、放出された二次電子の飛行時間および発振器電圧振動によって制限される。
【００９５】
バッテリー52によって供給される発振器ベース電圧は、大きさで選択される。そして、一次電流及びその結果のバックワード電流は、バランスのとれた電荷を持ち、それ故、同相かつ等しい振幅のTHz放射線を放射する。このダイナトロンTHz放射線源は、1つの電子ビーム源58のみを必要とするが、発振器回路のために、ダイナトロンチューブ自体より大きな到達範囲を必要とする。一次電子ビーム54（実線で表す）は、この電子ビーム源から放射される。二次電子ビーム56（点線）は、一次ビーム電流の2倍である二次ビーム電流に設定される第２の半波によって、アノード46内に生成される。
【００９６】
二次ビーム電流は、一次電子のインパクトによる励起に起因してアノードから出現し、アノードの特別なコーティングによって増強される。両方の電子ビームは、自由電子ビームであり、それ故、高い放射線量で放射される。
【００９７】
図3は、図2に類似している、小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源60の可能な配線パターン図を示す。しかし、THz周波数でアノード電圧を供給する１つの振動発振器を有する１つの回路の中に、抽出器68及びアノード70へのグリッドをそれぞれ有する、複数のエミッター端62から放射される、複数の平行な自由電子ビームを有する。飛行距離は、発振の半分の時間での二次電子の飛行時間に対応し、それは、第１の半波での一次ビームによるTHZ電磁放射の半波長を放射する為に要求される。そして、第２の半波での抽出グリッド68によって引きつけられる高い二次電子ビームからの派生バックワードフライング電荷によって、発振器回路66からの電圧として、生成する。IR放射線は、波長より小さなエリアで生成されるが、λ/2の大きさの共振器によって選択され導かれる事が出来る。
【００９８】
１平面でビームの数が増えるにつれて、放射される電磁放射の電力が増加する。この実施例では、複数の平行な自由電子ビームは、複数の小型EBID電界エミッター端62から放射され、各電界エミッター端62の為に複数のEBID抽出ロッド64によって其々コントロールされる。アノード70は、また、一次電流の2倍のサイズのバックワード電流の為の適切なSE放射係数及び特性を持つ材料で、EBIDで作られた、平行な多くのEBIDロッドである。図3で既に示されたように、実線は、一次電子ビームを表し、点線は、一次ビーム電流の2倍の二次電子ビーム電流を生成する電圧にセットされる第２の半波での自由ビームを表す。
【００９９】
図4は、空洞共振器80内に構築された、1本の自由電子ビームを有する小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略側面図を示す。デバイスの全ての構成要素は、空洞共振器80の側壁への放射線反射ベースとともに、絶縁基板88上に構築される。空洞は、集束レンズ74によってカプセルに入れられる。集束レンズ74は、THz放射線の焦点を合わせる為に形作られたシリコンあるいはその他のTHz透過材料で作られる。
【０１００】
抽出グリッド82とアノード84の間の距離は、THz放射線の波長の0.01〜0.5である。ベース材90および絶縁基板88は、Si02、ダイアモンド又は窒化ホウ素の絶縁体コーティングである。空洞共振器構造80の空きスペースで満たされた真空は、共振器サイズが安定した電磁気波長と増幅を選択し、これをその軸に沿って送る場合に、分光計のように働く。空洞共振器80は、マイクロ波技術において、THz放射エネルギーの為の導体として、古くから知られている。それらの壁によい伝導性を持つ必要があり、それらの軸のまわりの4面で一般に閉じられる。
【０１０１】
図5は、波長の0.01〜0.5サイズのホール98、および放射伝達と各側の集束レンズ104によって閉じられた空洞を備えた中央ベース100の頂部と底部に導電性の側壁を有する空洞共振器94へ作られる2本の自由電子ビームを生成する2本のダイナトロンチューブ99を有する、THzエミッターセル105の概略側面図を示す。2本の同一のダイナトロンチューブ99は、各々電子源96、抽出グリッド97およびアノード102から構成される。
【０１０２】
自由電子ビームは、ベース100内に、ホール98を横切り電子源96からアノード102へ、ベース100の頂部と底部で同時に放射される。ベース100は、絶縁材料から作られ、空洞共振器へ作られる。この好的な実施例では、シングルビーム方式と比較して、2倍の放射電力を運ぶ。
【０１０３】
図6は、図５に類似する、ゲッター材料を有する小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略図を示す。本発明のこの有利な実施例では、小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源に真空を供給することが達成され、ポンピングセル92起因して、ハットが小型ダイナトロン発振器THz源に付けらる。ポンプセル92は、空洞110がTHz共振器に接続された状態で、空洞110の中に、H. Koops、によって教示される小型オービトロンポンプ（DE000010241549B4（この図中で示されない））のような、真空ポンプを含む。
【０１０４】
図5の実施例との違いは、空洞共振器の1つの壁が、真空透過で、かつ、例えばピッチ≪λTHz放射線を有するタイトな金属グリッド側壁のような、よい伝導THz反射器としてデザインされたポンプセル壁106に代わったことである。
【０１０５】
空洞共振器80からポンプセル92へ伸びるベース100は、ゲッター材料108で、その頂部及び底部の表面が覆われる。これは、ゲッター材料の構成と、ガス原子の吸収及び個体析出物の化学的な結合の熱による活性化によって、化学的なポンプ電力を供給する。この方法で、ガス分子によりガス量が欠乏し、空洞は、非常に長い時（例えば何年も）をかけて高真空になるようにくみ出される。
【０１０６】
図7は、小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の断面図を示す。小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源は、図6のような付属のポンピングセル92を有する。THz空洞共振器94、106内の自由飛行電子ビームは、レンズ104を介して放射線を放射し、そのビームは、ミラー112、及びビームを形成し焦点を当てる集束レンズ1 14で方向づけられる。
【０１０７】
ミラー112を使用すると、反対方向のレンズ104を介して放射されたビームが、ビームに2倍の強度をもたらすレンズ114によって集光可能となる。
【０１０８】
図8は、自由電子ビームを放射する、ブレード形の金属端エミッター124を有する小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略側面図である。放射される電子ビームは、2枚の金属ブレードの形をした電極（その間にスロットを有する）から作られた抽出シリンダレンズ構造126によって焦点が合わせられる。そしてそこを通って、電子ビームを放射した抽出冷電界電子は、アノード132に焦点があてられる。金属端エミッター124、シリンダレンズ構造126及びアノード132は、透過THz放射線集束レンズ128で閉じられた空洞共振器134へ組み込まれるダイナトロンチューブ130を形成する。グリッド126からアノード132の距離は、波長の0.01〜0.5である。ベース120材料と共振器底122は、例えばベース120を覆うSi02絶縁体である。振動回路136も、また、アノード132の近くに設けられる。そしてそれもまた、図示していないが、第２の半波での正味のバックワードフライング電荷を生成する為に高二次電子放射係数を持った物質で覆われ又は構成される。デバイスは、更に、高導電性共振側壁134、およびTHz放射線の焦点を合わせる為の形状を有する、シリコンあるいはその他のTHzの透過材料から作られたレンズ128で構成される。
【０１０９】
THz源のこの好ましい実施例は、数nmサイズ及び金属付着プロセスで生成された結晶端を突き出す金属ライン表面により、単一ポイント電界エミッター源よりはるかに高い一次電流を使用する。そして、この実施例は、標準光学と電子ビームリソグラフィーと全MEMS組立互換性組立工程段階で作る事が出来るという長所を持っていて、高価なFEBIP（Focused Electron Beam Induced Procesing Technology ： 集束電子ビーム誘発処理技術）を必要としない。カソードおよび集束レンズの拡張は、よい双極子放射線放射特性を発生させる為に、<0.5、好ましくは、放射された放射線の半波の<0.1に制限されるべきである。端エミッター124の好ましい材料は、貴金属、及び10nm領域で特有な結晶サイズを持つ合金である。
【０１１０】
図9は、各々の金属端エミッター124が抽出シリンダレンズ126の助けで抽出される自由電子ラインビームを放射する、2つの金属端エミッター124を有する小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の概略図を示される。。自由電子ビームは、各側にTHz放射線の為の2つの集束レンズ128を有し、ベースの頂部またベースの底部に空洞共振器144へ作られるような振動発振器構造を持つ絶縁ベース140内で、ホール142を横切って、電子源124からアノード132へ向けてベース140の頂部と底部で同時に放射される。この好ましい実施例は、シングルビーム方式と比較して、2倍の放射線パワーが放出される。端エミッター124の好ましい材料は、貴金属、および10〜100nmの領域で特性結晶構造を持っている合金である。
【０１１１】
このタイプの小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源も、また、図6又は図7に示されているような真空セルと結合されてもよい。
【０１１２】
図10は、2本のワイヤー160とを備えた調整可能なTHzダイナトロン源150と、空洞共振器の1つの壁156及びレバー154を備えたアノード158を移動させる事により、微調整用の、NiTiNOLステージで駆動される電流フローとの概略平面図を示す。
【０１１３】
そのシステムは、ベースプレート153に固定されたフレーム152の全ての周囲壁でカプセル化される。空洞は、NiTiNOLステージが配置された領域に置かれる、ゲッター材料162を有するゲッターポンプを用いて空にされる。
【０１１４】
右又は左に引く為のNiTiNOLワイヤー160がある。電流フローによって加熱される場合には、ワイヤーは5%を上限に収縮する。繰り返される収縮を達成する為に、十分に収縮した後でもレバー154の位置に到達するように、ワイヤーは、スプリング164によって、拡張される。ワイヤーは、フレーム152およびベースプレート153に対して移動不能に配置されたブロック166に対して作動する。スプリング164は、更なる収縮が必要でない場合に、ワイヤーを拡張する為に使用される。2本のワイヤーはレバー154で作動する。これは、軸168のまわりを回転する。レバー位置は、共に微細な表面を有するレバー154とベースプレート153の間の摩擦によって安定させられ、軸168は、ベースプレート153に対して、レバー154が押圧することで負荷が課される板ばねである。レバー154の位置は、例えばビーム上の歪みゲージを使って高精度にモニターする事が出来る。それ（歪みゲージ）は、プレート153の一端に取り付けられ、レバー動作によって曲げられる、
【０１１５】
アノード158を運ぶ絶縁体プレート168は、押引ロッド170を経由してレバー154へリンクされる。レバーの旋回で、アノード158と同様に絶縁体プレート168に結合する共振器壁172もまた、カソードアセンブリ174およびフレーム152に対して移動させる事が出来る。絶縁体プレート168の位置は求められる波長により調節される。
【０１１６】
そのような2つ以上のエンジンは、垂直の方向に共振器壁を移動させる為に、また、1つのアノード移動で使用する事が出来る。
【０１１７】
図11は、THz放射線を生成する2つの自由ビーム三極管182、184に接続されたダイナトロンチューブ180から成るセットアップの概略回路を示す。
【０１１８】
このセットアップによって、ダイナトロンチューブ180は、2つの別個に供給される真空三極管182、184のグリッド186、188に印加される振動グリッド電圧の為のソースとして使用される。真空三極管182、184は、2つの自由電子ビーム190、192を生成する為に、それぞれに加工される。2つの自由電子ビームは、反対方向に飛び、第2のチューブのグリッド供給ラインに配置されるキャパシタ194によって、極性中でリバースされた、第2のチューブ用であるグリッド電圧によってスイッチングされる。これは、反対方向に飛ぶ２つのビームがまた、互いに逆位相を持つという効果をもたらす。
【０１１９】
第１の自由ビームチューブ182のカソード200および第2の自由ビームチューブ184のカソード202は、第１のチューブ182に逆位相、そして逆ビーム方向を持っている。同時、かつ同じ位置でのTHz放射線を放射する為に、それらのチューブは、図11bに述べられているように、互いに重なりあって同じ基板上で構成される。
【０１２０】
チューブ182、184の間に、グリッド186、188の制御電圧をリバースし、カソード200、202の電子放射電流をコントロールするキャパシタ194がある。
【０１２１】
図11bは、1平面に構築される、反対の位相及びビーム方向を有する2本の自由ビーム三極管チューブ182、184の詳細な側面図を示す。図11aに記述された三極管チューブ182、184は、それぞれに、カソード200、202及びアノード204、206を有する。
【０１２２】
図11cは、グリッド電圧としての発振器電圧にコントロールされることによって、反対の位相及び方向を有する、THzダイナトロン発振器管チューブ180と2つの自由ビーム三極管チューブ182、184の放射線放射のレイアウトの面図である、金属ライン配線パターン用のマスクレイアウトを示す。交流で、同相リンク方法で電子を放射する三極管チューブ182、184は、交流で、同相リンク方法で電子を放射する2本の自由ビーム三極管チューブ182、184が同じラインに放射線放射することを保証する為に、重ね合わせた方法でデザインされる。第1の自由ビーム管182のアノード204と、第2の自由ビーム管184のアノード206とは、同じ平面に配置される。アノードに対する電圧供給は示されていない。しかし、小型化された設計において、電気的に可能な限り高い電圧を選択する事は、放射されるIR放射線電力を高める事を許容する。位相シフトキャパシティ194は、バックワードビームに影響を与え、バックワードビームの為の電圧のサインを変える。振動電流は、THz放射線を放射する。
【０１２３】
三極管は、絶縁基板上で、光学又は電子ビームリソグラフィーにより、電界電子カソード200、202及び抽出グリッド186、188の蒸着に使われる部品で、リフトオフメタライゼーションを使用して作られてもよい。
【０１２４】
図11dは、1時間に対する、2本のチューブのチューブ放射電流を示すグラフである。
【０１２５】
図12は、THz電圧発振用のダイナトロン発振器を有する、小型ダイナトロン発振器テラヘル源の3つの構成要素の概略回路図として、デバイスの更なる実施例を示す。それぞれが共振器204、206の中へかつ横切ってビームを送る2つの自由ビーム電子源の抽出器186、188をコントロールする為に使用される、THz電圧信号を増幅する為のマイクロ三極管としてのEBIDで構築される少なくとも1つのステージアンプが必要であるならば、この電圧は増幅される。2つの強力な電界放射マイクロ三極管は、自由飛行電子ビームとして、共振器204、206を通るビームを送信する為の、ホールを有するアノードとして機能する共振器空洞204、206のホールを介して、それらのビームを送出する。第1のビームの飛行時間の終わりに、出口ホールでの抽出電圧が負であり、そして、第１の抽出器186が負電圧を有する時に、第２の振動電圧期間において、電子ビームを得る為にキャパシタ194で、信号の反転が構築され、ビームは、共振器壁に最後に衝突する。
【０１２６】
1つの電子源は、発振の半分で、放射される電子ビームをコントロールする為の、カソード200に関しての正の増幅された発振器電圧を供給する。すなわち、接続されたキャパシタ194は、信号を反転する為に使用され、それは、ヘルツ双極子放射線の第２の半波を右側から生成する為に、発振器電圧の第２の半波において、共振器204、206へ電子を送る第2の電子ビーム源のための、抽出器186、188をコントロールする。ステージアンプ208は、高電界での放出電流のために、作用点において、電子ビーム源200、202の抽出電圧を増幅させる事ができる。アノード電圧として、共振器204、206に供給される個別の電圧は、ビームエネルギーを上昇させ、それ故、共振器内部のパルスビーム電力の47%を上限に、IR源の放射線出力を増加させる。
【０１２７】
ダイナトロン180によって与えられるTHz周波数で振動する増幅された電圧は、それ故、THz放射線ジェネレータに供給される。
【０１２８】
ステージアンプ208は、既成の金属ライン上のEBIDによって、ダイナトロン三極管および電子エミッター三極管のように作られる。中間増幅は、次に、高い電子ビーム（それは、THz-IRヘルツ双極子放射線を放射するのと同様に、高い電荷パルスである）を得る為に、高抽出電圧を供給するのに有益である。そのような1つのステージのレイアウト、あるいは、ここで仮定として、2つのステージのアンプは、最先端の無線信号増幅器によってデザインされるが、ラジオ周波数増幅チューブではなく、ここでは、THz信号増幅小型電界放射三極管が使用される。それらは、<10μm x 10μmのレイアウトの電波到達範囲をカバーする。
【０１２９】
図12ａは、それらの放射における発振器電圧、及び、それらのエネルギーにおける共振器のアノード電圧によってコントロールされる、2つの三極管電子200、202を有する直列共振器として構築される、THz電圧発振のためのダイナトロン発振器を有する、小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源の3つの構成要素の概略回路レイアウトを示す。2つの三極管ビーム192は、開口部212が電磁放射を電荷パルスから共振器204、206に接続し、そして、1つは前にもう1つは後ろに飛ぶパルスがIR放射線の1つの波長を励起させる状態で共振器204、206の底部のチューブの中を飛び回る。
【０１３０】
図12で言及されるセッティングは、図5から図9のハウジングアナログに組み込んでもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
10 小型バイス
12 エミッタカソード
14 グリッド
16 アノード
18インダクタンス
20 キャパシタ
22 ダイナトロンチューブ
24 バッテリー
26 発振器
28 電圧接続ポイント
30 作用点
32 電圧ピックアップ
40 デバイス
42 EBIDエミッタ
44 抽出グリッド
46 アノード
47 発振器
48 インダクタンス
50 キャパシタ
52 バッテリー
54 一次電子ビーム
56二次電子ビーム
58 ビーム源
60 小型ダイナトロン発振器テラヘルツ源
62 エミッターチップ
64 抽出ロッド
66 発振器回路
68 抽出器
70 アノード
72 カソード
74 集束レンズ
76 エミッター端
78 一次電子ビーム
80 空洞共振器
82 抽出グリッド
84 アノード
86 空洞
88 絶縁基板
90 ベース材
92 ポンプセル壁
94 空洞共振器
96 電子源
97 抽出グリッド
98 空洞
99 ダイナトロンチューブ
100 中央ベース
102 アノード
104 集束レンズ
105 THzエミッターセル
106 ポンプセル壁
108 ゲッター材料
110 空洞
112 ミラー
114 集束レンズ
120 ベース
122 絶縁共振器底
124 金属端エミッター
126 シリンダ-レンズ構造
128 集束レンズ
130 ダイナトロンチューブ
132 アノード
134 空洞共振器
136 発振器
140 ベース
142 ホール
150 ダイナトロン源
152 フレーム
153 ベースプレート
154 レバー
156 1つの壁の移動
158 アノード
160 ワイヤー
164 スプリング
166 ブロック
168 軸
170 引ロッド
172 共振器壁
174 カソードアセンブリー
180 ダイナトロンチューブ
182 自由ビーム三極管
184 自由ビーム三極管
186 抽出グリッド
188 抽出グリッド
190 自由電子ビーム
192 自由電子ビーム
194 キャパシタ
196 発振器
200 カソード
202 カソード
204 アノード
206 アノード
208 ステージアンプ
210 口径
【図１ａ】
0005864570.tif 000002
【図１ｂ】
0005864570.tif 000003
【図１ｃ】
0005864570.tif 000004
【図２】
0005864570.tif 000005
【図３】
0005864570.tif 000006
【図４】
0005864570.tif 000007
【図５】
0005864570.tif 000008
【図６】
0005864570.tif 000009
【図７】
0005864570.tif 000010
【図８】
0005864570.tif 000011
【図９】
0005864570.tif 000012
【図１０】
0005864570.tif 000013
【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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