後進波発振・進行波増幅を連結した高出力定常ミリ波帯電子管の開発

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K04617
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 曽我 之泰 金沢大学, 数物科学系, 助教 (90525148)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 政行 金沢大学, 数物科学系, 教授 (00266925)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 後進波発振管 / テラヘルツ波 / ミリ波 / 電子ビーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は後進波発振管（BWO）による大出力テラヘルツ光源の開発をおこなうことである。計画当初は進行波管（TWT）を連結した新構造電子管を想定していたが，R2年度に実施したK帯（18-26 GHz），Ka帯（26-40 GHz）におけるBWOセクションの開発が予想以上に進展し，BWO単体のみを用いて高周波化・高出力化を目指す方針に変更した。R4年度はR3年度に引き続いて，周波数をW帯（75-111 GHz）に上げBWO開発を進めた。今年度得られた結果は以下の通りである。

(1)２枚のグレーティングを半周期ずらして対向して配置するW帯（75-111 GHz）のスタッガードダブルグレーティング遅波構造（SDGーSWS）を新たに設計した。前年度は電磁波解析シミュレータCST Studioを用いた固有計算により，W帯全域をカバーする分散特性をもつSDG-SWSを設計したが，シミュレータ上で発振を確認することができなかった。本年度，上下グレーティングの間隔を狭くして電子ビーム中心軸での結合インピーダンスを増加させたところ，加速電圧7 keV, 電流密度15 A/cm^2の電子ビームに対して93 GHz, 4.2Wの発振をシミュレータで確認した。

(2)金沢大学技術支援センターで製作したW帯SDG-SWSの性能検査を福井大学遠赤外領域開発センター所有のミリ波帯ベクトル・ネットワーク・アナライザを用いておこなった。前年度の測定で得られた電磁波透過率は全帯域にわたって-10dBを下回り非常に悪く，電磁波発振が期待できない状態であった。今年度は，上下２枚のグレーティングと２枚の側壁の電気的な接触を確保する手段として，インジウム箔を挟む方法を試験した。その結果，全帯域に渡って透過率の改善が見られた。