(57)【要約】【課題】小型化に有利な電磁波発生装置及びその方法を提供する。【解決手段】電子銃１４から射出された電子バンチ１１を高周波偏向空胴１６により傾斜させて電磁波発生部材１２の入射面１２ａに入射させる。入射面１２ａは、電子バンチ１１の進行方向に垂直に配されている。電子バンチ１１が電磁波発生部材１２に入射することによるチェレンコフ放射の放射角と同じ角度の傾斜角で入射面１２ａに入射させる。電磁波発生部材１２内で発生した電磁波を電子バンチ１１と同じ向きに傾斜させた電磁波発生部材１２の射出面１２ｂから射出させる。【選択図】図１
2017054699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子バンチを射出する電子射出部と、
前記電子バンチの進行方向に対して前記電子バンチを傾斜させる電子バンチ傾斜部と、
傾斜した前記電子バンチが入射面に入射し、前記電子バンチの入射によってチェレンコフ放射による電磁波を発生して射出面から射出する電磁波発生部材と
を備えることを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項２】
前記電子バンチ傾斜部は、前記電子バンチが前記入射面へ入射する際の前記電子バンチの傾斜角を、前記電磁波発生部材におけるチェレンコフ放射の放射角と同じにすることを特徴とする請求項１に記載の電磁波発生装置。
【請求項３】
前記電磁波発生部材は、前記電子バンチと同じ向きで、前記射出面がチェレンコフ放射の放射角と同じ角度で傾斜されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波発生装置。
【請求項４】
前記入射面は、前記電子バンチの進行方向に対して垂直に配されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電磁波発生装置。
【請求項５】
電子バンチを射出する電子射出ステップと、
前記電子バンチの進行方向に対して前記電子バンチを傾斜させる電子バンチ傾斜ステップと、
電磁波発生部材の入射面に傾斜した前記電子バンチを入射して、前記電磁波発生部材内でチェレンコフ放射により発生する電磁波を射出面から射出する電磁波発生ステップと
を有することを特徴とする電磁波発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チェレンコフ放射による電磁波を発生させる電磁波発生装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばテラヘルツ波は、周波数が０.１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ（波長３０μｍ〜３ｍｍ）程度等とされており、光波と電波との中間的な性質を有した電磁波として知られている。このテラヘルツ波を用いた透視検査や分光技術などの各種技術が研究されている。
【０００３】
レーザ光を電磁波発生部材に入射し、チェレンコフ放射によりテラヘルツ波を発生させて取り出す電磁波発生装置が知られている。また、このような電磁波発生装置において、強度の高いテラヘルツ波を発生させるために、レーザ光のパルス面を傾斜させる技術が知られている（非特許文献１を参照）。この非特許文献１の技術では、例えば回折格子を用いてレーザ光の進行方向に対してパルス面をチェレンコフ放射の放射角と一致する傾斜角に傾斜させ、そのレーザ光を電磁波発生部材に入射している。これにより、位相整合条件を満たして、強度の高いテラヘルツ波を発生させている。電磁波発生部材としては、例えばニオブ酸リチウムの結晶のように非線形光学結晶が用いられる。
【０００４】
また、テラヘルツ波を発生させる技術として、軌道放射や遷移放射が知られている。軌道放射は、真空中を光速に近い速度で運動する荷電粒子が磁場によって軌道を変えることによってテラヘルツ波を発生させる。一方、遷移放射は、光速に近い速度で運動する荷電粒子が誘電率の異なる媒質を通過する際の双極子の誘起と消滅とによってテラヘルツ波を発生させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H.Hirori et al.,”Single-cycle terahertz pulses with amplitudes exceeding 1 MV/cm generated by optical rectification in LiNbO3”, Appl. Phys. Lett., 98(2011)091106
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、非特許文献１のようにレーザ光のパルス面を傾斜させる場合では、パルス面を傾斜させるための複雑な光学系が必要になる他、レーザ光のパルス幅が極めて小さい、極短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）等と呼ばれるレーザ装置が必要になり、電磁波発生装置の小型化が難しい。そこで他の手法が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化に有利な電磁波発生装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電磁波発生装置は、電子バンチを射出する電子射出部と、電子バンチの進行方向に対して電子バンチを傾斜させる電子バンチ傾斜部と、傾斜した電子バンチが入射面に入射し、電子バンチの入射によってチェレンコフ放射による電磁波を発生して射出面から射出する電磁波発生部材とを備えるものである。
【０００９】
本発明の電磁波発生方法は、電子バンチを射出する電子射出ステップと、電子バンチの進行方向に対して前記電子バンチを傾斜させる電子バンチ傾斜ステップと、電磁波発生部材の入射面に傾斜した電子バンチを入射して、電磁波発生部材内でチェレンコフ放射により発生する電磁波を射出面から射出する電磁波発生ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、射出された電子バンチをその進行方向に傾斜させて電磁波発生部材の入射面に入射させ、チェレンコフ放射による電磁波を発生させるから、電磁波発生装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を実施した電磁波発生装置の構成を示す概略図である。
【図２】高周波偏向空胴による偏向作用を説明した説明図である。
【図３】チェレンコフ放射により発生する電磁波の重ね合わせを説明した説明図である。
【図４】電子バンチの電荷量と発生するテラへルツ波の強度との関係を示すグラフである。
【図５】電子バンチを射出した際の検出信号とテラヘルツ波を検出した際の出力信号とを示す波形図である。
【図６】電子バンチの傾斜角とテラヘルツ波の強度分布とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１において、本実施形態に係る電磁波発生装置１０は、電子バンチ１１を電磁波発生部材１２に入射させることによってテラヘルツ波を含む広帯域の電磁波を発生させて取り出すものである。電磁波発生装置１０は、電磁波発生部材１２の他、電子銃１４、４極電磁石１５ａ、１５ｂ、高周波偏向空胴１６、ステアリング磁石１７を備えている。
【００１３】
電子銃１４は、電子バンチ１１を光速に近い速さで射出する電子射出部となっている。この電子銃１４は、多数の電子を放出する陰極１４ａと、放出された多数の電子からなる電子バンチ１１を加速する加速空胴部１４ｂとを備えており、加速された電子バンチ１１を射出口１４ｃから外部に射出する。この例における電子銃１４は、レーザ光源（図示省略）を備えており、このレーザ光源からのレーザ光を陰極１４ａに照射し、加速空胴部１４ｂが高周波電場で電子バンチ１１を加速する光陰極高周波電子銃になっている。なお、電子銃１４としては、光陰極高周波電子銃に限定されず、各種形式のものを用いることができる。
【００１４】
電子バンチ１１は、多数の電子（例えば１０９個程度）からなり、その進行方向（Ｚ方向）に沿った細長い形状であり、バンチ長（進行方向の長さ）は、半値全幅で１ｍｍ程度である。また、この例では、電子銃１４は、光速の約９９.９％にまで電子バンチ１１を加速して射出するが、その速さは、電磁波発生部材１２内における電子バンチ１１の入射により発生する電磁波の速さ（光速：位相速度）よりも速ければよい。なお、電子銃以外の手法で電子バンチ１１を生成してもよい。また、電子バンチ１１の生成と、電子バンチ１１の加速とを別々の装置で行ってもよい。
【００１５】
電子銃１４から射出される電子バンチ１１の進行方向に、４極電磁石１５ａ、１５ｂ、高周波偏向空胴１６、ステアリング磁石１７、電磁波発生部材１２がこの順番で配されている。射出された電子バンチ１１は、４極電磁石１５ａ、１５ｂ、高周波偏向空胴１６、ステアリング磁石１７を通って、電磁波発生部材１２の入射面１２ａに入射して電磁波発生部材１２内を電子バンチ１１がＺ方向に進む。この電磁波発生部材１２内での電子バンチ１１の移動に起因したチェレンコフ放射により発生する電磁波を射出面１２ｂから射出させて取り出す。４極電磁石１５ａ、１５ｂは、電子バンチ１１を所定の径に収束する。ステアリング磁石１７は、電磁波発生部材１２の入射面１２ａ上における電子バンチ１１の入射位置を調整する。
【００１６】
電子バンチ傾斜部としての高周波偏向空胴１６は、詳細を後述するように磁場によって、チェレンコフ放射の放射角θｃに応じた傾斜角で、電子バンチ１１をその進行方向に対して傾斜させる。ここで、進行方向に対して電子バンチ１１が傾斜するとは、法線が進行方向に対して傾いた面上（もしくは線上）に電子が分布した状態になることである。なお、この例では、入射面１２ａが進行方向に垂直であるので、電子バンチ１１は、入射面１２ａに対しても放射角θｃに応じた傾斜角で傾斜される。
【００１７】
この例においては、電子バンチ１１が入射面１２ａに入射する際の電子バンチ１１の傾斜角をθe（０＜θe＜９０°）としたときに、その傾斜角θeが放射角θｃとなるように高周波偏向空胴１６が調整されている。なお、磁場によって電子バンチ１１を傾斜させているが、電場を用いて傾斜させてもよく、他の手法を用いて傾斜させてもよい。また、取り出す電磁波の周波数をより高くする観点からは、傾斜した電子バンチ１１のチェレンコフ放射の放射方向についての厚みが小さいことが好ましい。
【００１８】
傾斜角θeは、チェレンコフ放射の放射角θｃと一致することが理想的であるが、同じでなくてもよい。チェレンコフ放射による電磁波は、その放射角にある程度の広がりを持って放射されるため、必要とされる電磁波の強度が得られる範囲内であれば、傾斜角θeが放射角θｃからずれていても影響はなく、許容することができる。また、電磁波の放射角の広がりは、電子バンチ１１の速さによって異なる。この実施形態の場合では、理論上の放射角θｃに対して±５°ないしそれ以上の範囲で電磁波の放射が見られ、このような角度範囲内に傾斜角θeを設定することも可能であるが、θｃ−２°≦θe≦θｃ＋２°であることが好ましく、より好ましくはθｃ−１°≦θe≦θｃ＋１°である。
【００１９】
また、高周波偏向空胴１６は、電子バンチ１１を傾斜させる際には、電磁波発生部材１２の射出面１２ｂと同じ向きとなるように電子バンチ１１を傾斜させる。すなわち、電子バンチ１１は、電磁波発生部材１２から電磁波を取り出す方向に電子の分布する面（以下、バンチ面と称する）が向くように傾斜される。
【００２０】
電磁波発生部材１２は、電子バンチ１１の入射によりチェレンコフ放射による電磁波を発生する。この実施形態では、電磁波発生部材１２は、断面が直角三角形をした三角柱形状であり、３つの側面のうちの直角を挟む１つの側面が電子バンチ１１を入射する入射面１２ａ、斜面がチェレンコフ放射による電磁波を射出する射出面１２ｂとなっている。なお、電磁波発生部材１２の形状は、後述する条件を満たす入射面１２ａ、射出面１２ｂを有するものであれば、その形状は特に限定されない。また、この例における入射面１２ａは、上述のように電子バンチ１１の進行方向に対して垂直であるが垂直でなくてもよい。
【００２１】
この電磁波発生部材１２に対して、チェレンコフ放射の放射角θｃと同じ角度の傾斜角θeで傾斜させた電子バンチ１１を入射面１２ａから入射することにより、チェレコフ放射による電磁波を同位相で重ね合わせて強度の高いコヒーレント放射として取り出す。
【００２２】
放射角θｃは、電子バンチ１１の速さＶと光速ｃとの比β（＝Ｖ／ｃ）、電磁波発生部材１２の屈折率ｎを用いて、次の（１）式に基づいて求めることができる。なお、屈折率ｎは、チェレンコフ放射で発生する電磁波に対する値であるから、単一波長あるいは屈折率がほぼ一定とみなせるような狭い帯域の電磁波を取り出す場合には、その単一波長に対する屈折率あるいは狭い帯域の電磁波に対するほぼ一定とみなせる屈折率ｎを用いて放射角θｃを求め、これを傾斜角θｅとすればよい。また、広帯域の電磁波を取り出す場合には、その帯域の各波長についての放射角θｃに対して、許容される範囲に傾斜角θeが収まるように傾斜角θeを決めればよい。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
電磁波発生部材１２の内部で発生した電磁波を取り出すための射出面１２ｂは、電子バンチ１１の進行方向に対して傾斜されており、チェレンコフ放射による電磁波の放射方向に垂直にしてある。したがって、この例では、電子バンチ１１の進行方向に垂直な入射面１２ａに対して射出面１２ｂは、放射角θｃと同じ角度θｂで傾斜している。このように射出面１２ｂを電磁波の放射方向に垂直にすることにより、電磁波をその波面が揃った平面波として射出面１２ｂから射出する。
【００２５】
なお、射出面１２ｂは、電子バンチ１１の進行方向の周囲においてどのような向きにも傾斜させることができるが、上述のように傾斜した電子バンチ１１のバンチ面と同じ方向を向くように傾斜させる必要がある。なお、射出面１２ｂの角度θｂについても、傾斜角θeと同様であり、チェレコフ放射の放射角θｃと一致することが理想的であり好ましいが、同じでなくてもよい。
【００２６】
電磁波発生部材１２としては、電子の入射によってチェレンコフ放射による電磁波を放射する誘電体であればどのようなものでもよいが、取り出すべき電磁波の吸収が少ない誘電体を用いることが好ましい。本手法により取り出すことができる電磁波の周波数は、特に限定されるものではなく、テラヘルツ波の周波数帯はもとより、それよりも高い周波数、低い周波数の電磁波を取り出すことができる。帯域を持って電磁波を取り出す場合には、その帯域における屈折率ｎに大きな違いがないことが好ましい。このような誘電体としては、高抵抗率シリコン、ポリエチレン、カプトン（登録商標）、テフロン（登録商標）、環状オレフィン・コポリマー（COC：Cyclic olefin copolymer）等が挙げられる。
【００２７】
電子の入射によってチェレンコフ放射が発生するためには、電磁波発生部材１２内における電子の速さが、電磁波発生部材１２内における光速を超える必要がある。すなわち、電磁波発生部材１２の屈折率ｎ、電磁波発生部材１２内における電子バンチ１１の速さＶ、光速ｃが「Ｖ＞ｃ／ｎ」の条件を満たす必要がある。なお、電磁波発生部材１２内における電子の速さは、電磁波発生部材１２に入射する前の電子の速さと同じとみなすことができる。
【００２８】
上記条件は、この実施形態のように、電子バンチ１１の速さＶが光速ｃとほぼ等しい場合には、屈折率ｎが「１」よりも大きければ満たすことができ、電磁波発生部材１２としての誘電体にほぼ制限がないことになる。このため、取り出す電磁波の広帯域化、高周波数化に有利である。また、屈折率ｎが大きい電磁波発生部材１２を用いれば、電子バンチ１１の速さＶを小さくしてもチェレンコフ放射による電磁波が得られる。したがって、電子バンチ１１の加速のためのエネルギーが小さくなり、省電力化、小型化に有利である。また、例えば電子バンチ１１の加速能力が高くない小型の電子銃を用いることができ、電磁波発生装置１０をより小型にするうえで有利である。
【００２９】
なお、電磁波発生部材１２のＺ方向の長さ、すなわち電子バンチ１１が通過する長さは、電磁波の強度をより高める効果を期待できるため、電子バンチ１１の電子の直進性が保たれる範囲で大きくすることが好ましい。
【００３０】
電磁波発生部材１２は、真空チャンバ（図示せず）内に配されている、この真空チャンバは、電子バンチ１１が通過する通路（図示せず）と繋げられている。また、これら真空チャンバと通路とは、所定の真空度に保持されている。真空チャンバには、Ｚカット水晶からなる取出窓（図示せず）が設けられており、射出面１２ｂから射出される電磁波を取出窓を介して真空チャンバの外に取り出している。
【００３１】
また、この実施形態では、真空チャンバ内に調整用の蛍光スクリーン１９が設けられている。蛍光スクリーン１９は、そのスクリーン面１９ａが電磁波発生部材１２の入射面１２ａと同一面になるように、電磁波発生部材１２と交換自在にされている。スクリーン面１９ａに電子バンチ１１が照射されて発生するスクリーン面１９ａ上の輝点の位置や範囲に基づいて、電子バンチ１１の入射位置の調整や傾斜角θeの調整を行うことができる。
【００３２】
次に高周波偏向空胴１６による電子バンチ１１の傾斜について説明する。図２（ａ）に模式的に示すように、高周波偏向空胴１６は、電子バンチ１１の通過に同期した高周波電力の投入により、その内部の電子バンチ１１が通る軸上に、Ｚ方向にｓｉｎ波状に分布する磁場を誘起する。したがって、電子バンチ１１は、進行方向の先端側の各電子が磁場から受ける力の方向と、後端側の各電子が磁場から受ける力の方向とが互いに逆向きになり、また中心ほど磁場から受ける力が小さくなる。ここで、磁場の方向は、Ｙ方向及びＺ方向に直交するＸ方向であり、Ｚ方向に進む電子バンチ１１の各電子１１は、磁場によってＹ方向の力を受ける。これにより、電子バンチ１１の先端側の電子は、−Ｙ方向（図中下方向）の運動量が与えられ、後端側の電子は、＋Ｙ方向（図中上方向）の運動量が与えられ、それぞれＹ方向（＋Ｙ方向または−Ｙ方向）に移動する。なお、また、磁場に代えて電場で電子バンチ１１を傾斜する場合には、同様にＺ方向にｓｉｎ波状に分布する電場（偏向電圧）を誘起すればよい。この場合、電場の方向はＹ方向である。
【００３３】
時間の経過、すなわち電子バンチ１１の進行方向の移動とともに、図２（ｂ）に示すように、与えられた運動量に応じた移動量で電子バンチ１１の各電子がＹ方向に移動し、電子バンチ１１が進行方向に対して傾斜する。電子バンチ１１の傾斜角θeは、電子の移動量の増大にともなって漸増する。電子バンチ１１が入射面１２ａに入射する際に、傾斜角θe（＝θｃ）となるように、高周波偏向空胴１６と電磁波発生部材１２との距離に応じて、高周波偏向空胴１６は、それに印加される高周波電力すなわち磁場が調整される。なお、高周波偏向空胴１６の中心から入射面１２ａまでの距離に対する電磁波発生部材１２内での電子バンチ１１の移動長が十分に小さいため、電磁波発生部材１２内での電子バンチ１１の傾斜角の変化は無視することができる。
【００３４】
電子バンチ１１が入射面１２ａに入射する際の実際の傾斜角θeは、次のようにして求めることができる。まず、入射面１２ａの位置における電子バンチ１１のＹ方向の長さΔｙは、磁場に相当する偏向電圧ＶＴを用いて、次の式（２）のように表すことができる。
【数２】
2017054699.tif 000004
【００３５】
上記式（２）中のΔｚは、電子バンチ１１のバンチ長、ｋ，φは、高周波の磁場の波数、位相である。また、Ｌは、高周波偏向空胴１６の中心から入射面１２ａまでの距離、ｅは電気素量、ｐＺは、電子のＺ方向の運動量、ｃは光速である。なお、バンチ長Δｚは、波数ｋの逆数に比べて十分に小さくなっているとする。
【００３６】
高周波偏向空胴１６に誘起される磁場と上記式（２）中の偏向電圧ＶＴとは、磁場の最大値をＢｘとしたときに、次の式（３）のような関係がある。式（３）中のＥｙは、高周波偏向空胴１６内のＹ方向の電場である。この例においては、高周波偏向空胴１６に誘起される磁場Ｂｘが強いため、Ｅｙを「０」としている。なお、式（３）については、文献「W.K.H.Panofsky,W.A.Wenzel,Review of Scientific Instruments 27(1956)967」に詳しく記載されている。
【００３７】
【数３】
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【００３８】
磁場の位相０度（φ＝０）で電子バンチ１１が磁場を受けたとすれば、式（２）は、次の式（４）のようになる。この式（４）は、バンチ長ΔｚがＹ方向の長さΔｙに変換されることを示しており、電子バンチ１１の進行方向の中心の電子は、磁場から力を受けないことを意味する。
【００３９】
【数４】
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【００４０】
ところで、通常、バンチ長Δｚの詳細は不明である。ここで、Δｚ＝０としたときのΔｙをΔｙ０とすると、式（２）は、次の式（５）のように表すことができる。式（５）のΔｙ０は、電子バンチ１１の進行方向の中心についてのＹ方向における位置を示しており、位相φの変化によって、Ｙ方向における電子バンチ１１の中心位置Δｙ０がｓｉｎ波状に変化し、そのときの振幅が値Ａであることがわかる。
【数５】
2017054699.tif 000007
【００４１】
上記式（５）より、磁場の位相φを変化させながら、蛍光スクリーン１９上に照射された電子バンチ１１の範囲の中心位置を計測すると、現在の電磁波発生装置１０の設定がどれだけ電子バンチ１１を傾ける力があるかが分かり、その結果から入射面１２ａに入射する際の電子バンチ１１の傾斜角θeを求めることができる。
【００４２】
この実施形態では、ゼロクロスポイント（φ＝０）付近において磁場の位相φを変化させて、複数の電子バンチ１１の中心位置Δｙ０を計測した結果を用いて、電子バンチ１１の傾斜角θeを求めている。具体的には、蛍光スクリーン１９を用い、ゼロクロスポイント付近において位相φを変化させて、スクリーン面１９ａ上における複数の電子バンチ１１の中心位置Δｙ０を計測する。中心位置Δｙ０は、スクリーン面１９ａ上に照射された電子バンチ１１の範囲のＹ方向における中心の位置として計測すればよい。
【００４３】
位相φに対するΔｙ０の変化は、ｓｉｎ波状であるが、ゼロクロスポイント付近においては、直線近似することができる。そこで、位相φと計測された中心位置Δｙ０との関係を、例えば最小二乗法を用いて直線（Δｙ０＝ａφ＋ｂ）近似し、近似された直線の傾きから式（５）における振幅Ａを求める。そして、この求めた振幅Ａと、スクリーン面１９ａ上に照射された電子バンチ１１の範囲のＹ方向の長さΔｙとからΔｚの値を求める。求めたΔｙとΔｚとから、スクリーン面１９ａ、すなわち入射面１２ａに入射する際の傾斜角θeを式（６）の関係から求める。電子バンチ１１のバンチ長Δｚは、偏向前と偏向後では不変であるから、式（６）の関係が成り立つ。傾斜角θeは、高周波偏向空胴１６に投入する高周波電力、すなわち高周波の磁場の最大値ごとに求める。
【００４４】
【数６】
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【００４５】
次に上記構成の作用について説明する。電子銃１４から光速の近くまで加速された電子バンチ１１が射出される。電子バンチ１１は、４極電磁石１５ａ、１５ｂを通って高周波偏向空胴１６に入射する。電子バンチ１１は、高周波偏向空胴１６を通過する際に、高周波偏向空胴１６の内部に誘起される磁場によってＹ方向に力を受ける。この後、電子バンチ１１は、ステアリング磁石１７を通って電磁波発生部材１２の入射面１２ａに入射する。
【００４６】
電子バンチ１１は、上記のように高周波偏向空胴１６を通過する際に、Ｙ方向に力を受け、先端側の電子が−Ｙ方向に、後端側の電子がＹ方向にそれぞれ移動して傾斜角を漸増しながら入射面１２ａに近づく。そして、入射面１２ａに入射する際には、電子バンチ１１は、放射角θｃと同じ傾斜角θeになる。この電子バンチ１１が入射面１２ａから電磁波発生部材１２内に入射してＺ方向に進む。
【００４７】
図３に実線で示すように、傾斜した電子バンチ１１の下端の電子から電磁波発生部材１２内に入射する。電子バンチ１１の下側の電子が入射すると、その電子が電磁波発生部材１２内をＺ方向に移動することによって、その電子の位置からチェレンコフ放射による電磁波Ｗ１が発生する。この電磁波Ｗ１は、電磁波発生部材１２内を速さｃ／ｎで、電子の進行方向に対して放射角θｃをなす方向に放射される。なお、電磁波は、電磁波Ｗ１の方向以外にも進行方向に対して放射角θｃをなす方向に放射される。
【００４８】
この後、例えば電子バンチ１１の中心が通る軸上の位置に電磁波Ｗ１が到達すると同時に、その電磁波Ｗ１が到達した軸上の位置に中心位置が達するように電子バンチ１１が符号１１ａに示す位置に移動する。これは、電子バンチ１１の傾斜角θeが放射角θｃに同じとしているからである。電子バンチ１１の中心位置と電磁波Ｗ１の到達した位置が一致するので、その電子バンチ１１の中心位置の電子がＺ方向に移動することによって発生するチェレンコフ放射による電磁波Ｗ２と電磁波Ｗ１とが同位相で重なり合う。
【００４９】
さらに、電子バンチ１１が符号１１ｂで示す位置にまで移動したときには、重なり合った電磁波Ｗ１と電磁波Ｗ２とが電子バンチ１１の上端に達する。このため、その電子バンチ１１の中心位置の電子がＺ方向に移動することによって発生するチェレンコフ放射による電磁波Ｗ３と、電磁波Ｗ１、Ｗ２とが同位相で重なり合う。
【００５０】
同様にして、電子バンチ１１の各部で発生するチェレンコフ放射による電磁波は、他の位置の電子で発生した電磁波と同位相で重なり合う。結果として強度の強い電磁波が発生し、射出面１２ｂから射出される。このとき、電磁波は、射出面１２ｂに対して垂直方向に射出される。
【実施例】
【００５１】
実施例では、上記電磁波発生装置１０によるテラヘルツ波の発生の強度の測定を行った。この実施例では、電磁波発生部材１２としては、環状オレフィン・コポリマーからなるＴＯＰＡＳ（登録商標）（Topas Advanced Polymers社製）を用いた。この電磁波発生部材１２のＺ方向の長さは１ｍｍであり、Ｘ方向の長さは１４ｍｍであった。なお、この実施例は、テラヘルツ波の発生を確認しているが、電磁波発生装置１０が発生する電磁波をテラヘルツ波帯に限定するものではない。
【００５２】
確認に先立って、まず蛍光スクリーン１９を用いて調整を行った。調整では、まず高周波偏向空胴１６を停止した状態で、蛍光スクリーン１９上に照射される電子バンチ１１のｒｍｓ半径が１５０μｍになるように４極電磁石１５ａ、１５ｂを調整し、電磁波発生部材１２の入射面１２ａに調整された電子バンチ１１が入射するようにステアリング磁石１７を調整した。
【００５３】
４極電磁石１５ａ、１５ｂ、ステアリング磁石１７の調整後、高周波偏向空胴１６を作動させて、上述の手法により電子バンチ１１の傾斜角θeの調整を行った。この実施例では、電子バンチ１１の速さを光速の９９．９％とし、また上記電磁波発生部材１２のテラヘルツ波帯域での屈折率を１．５２４として、上記式（１）に基づいて、電子バンチ１１の傾斜角θeを４８．５°となるように高周波偏向空胴１６を調整した。
【００５４】
テラヘルツ波の強度は、０．９ＴＨｚのテラヘルツ波について、電子バンチ１１の電荷量を変えながら測定した。この測定では、電磁波発生部材１２の射出面１２ｂから射出されるテラヘルツ波を取出窓を介して真空チャンバの外に取り出し、測定装置に入射させて測定した。
【００５５】
測定装置は、取出窓からのテラヘルツ波を反射するミラーと、テラヘルツ波の強度に応じた出力信号を出力するショットキーバリアダイオードと、ミラーで反射されたテラヘルツ波をショットキーバリアダイオードに集光する集光レンズと、ショットキーバリアダイオードの前面に配置された中心周波数が０．９ＴＨｚのバンドパスフィルタ（ＴＹＤＥＸ社製）とで構成した。バンドパスフィルタは、±１０％の帯域幅を有するものである。ショットキーバリアダイオードとしては、０．１ＴＨｚ〜２ＴＨｚの範囲に感度を有するＱＯＤ（Quasi-Opical schottky Diode detector）を用いた。
【００５６】
上記測定の結果を図４に示す。この図４から電子バンチ１１の電荷量に対し２乗でテラヘルツ波の放射強度が増えていることがわかる。すなわち、傾斜角θeに傾斜した電子バンチ１１を電磁波発生部材１２に入射することによって、チェレンコフ放射が同位相で重なり合い、コヒーレント放射になっていることが確認された。なお、図４では、横軸が電荷量、縦軸がテラヘルツ波の強度である。
【００５７】
さらに、同じ測定装置を用いて、０．０５ＴＨｚ、０．０６ＴＨｚ、０．１ＴＨｚ、０．３ＴＨｚ、０．６ＴＨｚ、０．９ＴＨｚ、１ＴＨｚ、１．５ＴＨｚ、２ＴＨｚについて、ショットキーバリアダイオードから出力信号が出力され、テラヘルツ波が検出されたことを確認した。したがって、電磁波発生装置１０からは、非常に広帯域のテラヘルツ波を得られることがわかる。図５にテラヘルツ波を検出した際の出力信号Ｓｔと、電子バンチ１１を射出した際に流れる電流に応じた検出信号Ｓｅとを示す。この実施例では、３個の電子バンチ１１を所定の間隔をあけて電子銃１４から射出しており、それに同期してショットキーバリアダイオードによる３パルスのテラヘルツ波を検出した出力信号Ｓｔが得られていることがわかる。
【００５８】
なお、０．６ＴＨｚ以下のテラヘルツ波については、狭帯域のショットキーバリアダイオードを用い、０．９ＴＨｚ以上では上述のＱＯＤを用いた。バンドパスフィルタは、±１０％の帯域幅を有する中心周波数が０．０５ＴＨｚ、０．０６ＴＨｚ、０．１ＴＨｚ、０．３ＴＨｚ、０．６ＴＨｚ、０．９ＴＨｚ、１ＴＨｚ、１．５ＴＨｚ、２．０ＴＨｚ（いずれもＴＹＤＥＸ社製）のものを切り替えて用いた。
【００５９】
次に傾斜角θeの変化による１ＴＨｚのテラヘルツ波の強度の変化を測定した。この測定では、上記と同じ測定装置に中心周波数が１ＴＨｚ（帯域幅は±１０％）のバンドパスフィルタを用いた。また、高周波偏向空胴１６に投入する高周波電力を変化させることによって、電子バンチ１１の傾斜角θeを変えて、各傾斜角θeついてテラヘルツ波の強度を測定した。また、傾斜角θeごとに、磁場の位相φを変化させることによって、ビームの中心位置をＹ方向に変化させ、Ｙ方向におけるテラヘルツ波の強度の分布も調べた。この結果を図６に示す。図６では、縦軸が傾斜角θeを示し、横軸がＹ方向の位置を示しており、濃度が低いほどテラヘルツ波の強度が高いことを示している。この結果から、理論上の放射角θｃに対して±５°ないしそれ以上の範囲である程度の強度の高い電磁波の放射が確認され、θｃ−２°≦θe≦θｃ＋２°の範囲内で高い強度の電磁波の放射が確認され、θｃ−１°≦θe≦θｃ＋１°の範囲内でより高い強度の電磁波の放射が確認された。なお、上記の放射角θｃに対する±５°の範囲は電磁波の強度が半減した半値全幅である。
【００６０】
電子バンチ１１を逆向きに同じ角度で傾けた場合について同様に調べた結果、多少のテラヘルツ波が確認された。適切な向きに傾斜角θeを４８．５度に傾斜させた場合は、逆向きに傾けた場合に比べて１０倍の強度であった。また、電子バンチ１１に傾きを与えない場合（傾斜角θe＝９０°）に対しては、５倍程度のテラヘルツ波の強度であった。さらに、４０ＭｅＶの電子銃を用いた軌道放射法に対して、この実施例におけるテラヘルツ波の強度が高いことを確認した。なお、この実施例の電子銃１４の加速エネルギーは、４Ｍｅｖであった。
【符号の説明】
【００６１】
１０  電磁波発生装置
１１  電子バンチ
１２  電磁波発生部材
１２ａ  入射面
１２ｂ  射出面
１６  高周波偏向空胴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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