知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ユークリッド・テックラブス・リミテッド ライアビリティ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-22
(45)【発行日】2022-06-30
(54)【発明の名称】広帯域調整可能エネルギー電子ビームパルサー
(51)【国際特許分類】
G21K 1/087 20060101AFI20220623BHJP
G21K 1/093 20060101ALI20220623BHJP
H01J 37/065 20060101ALN20220623BHJP
【ＦＩ】
G21K1/087 D
G21K1/093 D
H01J37/065
【請求項の数】
28
(21)【出願番号】P 2021562100
(86)(22)【出願日】2020-04-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-09
(86)【国際出願番号】 US2020029728
(87)【国際公開番号】W WO2020219817
(87)【国際公開日】2020-10-29
【審査請求日】2022-01-17
(31)【優先権主張番号】16/393,469
(32)【優先日】2019-04-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/662,434
(32)【優先日】2019-10-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521456184
【氏名又は名称】ユークリッド・テックラブス・リミテッド ライアビリティ カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＥＵＣＬＩＤ ＴＥＣＨＬＡＢＳ，ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジン・チュンガン
(72)【発明者】
【氏名】ジョー・ジャキ
(72)【発明者】
【氏名】リュウ・オー
(72)【発明者】
【氏名】モンゴメリー・エリック・ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ツャオ・ユビン
(72)【発明者】
【氏名】ラッシュ・ウェイド
(72)【発明者】
【氏名】コスティン・ロマン
(72)【発明者】
【氏名】カナレイキン・アレクセイ
【審査官】後藤 大思
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９３３７７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６２３６１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ２１Ｋ １／００－３／００
Ｇ２１Ｋ ５／００－７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電磁機械式パルサー（「ＥＭＭＰ」）であって、連続入力電子ビームを受け取るように構成された入力部と、
前記入力部の下流に位置する少なくとも１つの進行波金属コームストリップライン（「ＴＷＭＣＳ」）であって、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記電子ビームが通過する内部通路を有し、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記ＴＷＭＣＳを通って伝搬されるＲＦ進行波によって前記ＴＷＭＣＳ内で生成される横方向時間変化電場及び横方向時間変化磁場のうちの少なくとも１つに応じて、振動する横方向偏向を前記電子ビームに与えるように構成され、前記少なくとも１つのＴＷＭＣＳのうちの第１のＴＷＭＣＳは、ＴＷＭＣＳキッカーである、進行波金属コームストリップラインと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの下流に位置するチョッピングコリメートアパーチャ（「ＣＣＡ」）であって、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記電子ビームを遮断し、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、チョップド電子パルス繰返し周波数及びチョップドパルスデューティサイクルを有する、チョップド電子パルスのチョップドストリームにするように構成された、チョッピングコリメートアパーチャと、
電子パルスが、出力パルス繰返し周波数及び出力パルスデューティサイクルを有する、電子パルスの出力ストリームとして、前記ＥＭＭＰから出現することを可能にするように構成された出力部と、
前記ＥＭＭＰの全ての要素を取り囲む真空チャンバであって、残留ガスによる前記電子ビームの大幅な減衰なしに、前記電子ビームが前記ＥＭＭＰを通過することを可能にするのに十分な真空を提供するように構成された、真空チャンバと、を備え、
前記ＴＷＭＣＳの各々は、少なくとも１つの対向するコーム対を含み、
前記コーム対のうちの前記対向するコームの各々がストリップを備え、等間隔に配置された同一の複数のブロックが前記ストリップから歯として延び、
前記コーム対のうちの前記コームは、歯が内側を向くように間隔を空けて配置され、その結果、前記電子ビームが通過する前記内部通路が前記コーム対の前記歯の間に存在し、
前記コーム対は、前記コームの近位端に近接するＲＦエネルギー入力部と、反対側の前記コームの遠位端に近接するＲＦエネルギー出力部とを含み、
前記コーム対の前記歯は、前記コーム対の前記近位端から前記遠位端に伝搬する進行ＲＦ波の位相速度を制御して、前記位相速度を前記電子ビームの電子速度に一致させるように構成され、
前記コーム対の全ての露出面が導電性である、電磁機械式パルサー。
【請求項2】
請求項１に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含み、前記ＥＰＰパルスの各々が、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記横方向電場は、前記ＥＰＰパルス印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去するように構成されていることを含む、ＥＭＭＰ。
【請求項3】
請求項２に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰは、前記ピッカーＴＷＭＣＳの第１の対向するコーム対の第１のコームに電気バイアスを維持するように構成され、前記ＥＰＰパルスの各々は、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の他方の第２のコームに等しい電気バイアスを印加し、その結果、前記ＥＰＰパルスの各々の印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の両方のコームが、等しい電気バイアスを保持し、それにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対を横断する前記電場が無効になる、ＥＭＭＰ。
【請求項4】
請求項２又は３に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰパルスのパルス繰返し周波数が１ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲にわたって調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、前記ＣＣＡの下流に分散抑制セクションを更に備え、前記分散抑制セクションは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって与えられる前記偏向から生じる電子パルスの前記ストリームの残留分散を抑制するように構成されている、ＥＭＭＰ。
【請求項6】
請求項５に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳは、前記分散抑制セクションに含まれる復調ミラーＴＷＭＣＳであり、前記電子ビームは、前記ＣＣＡの下流の前記ミラーＴＷＭＣＳの前記内部通路を通過し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ミラーＴＷＭＣＳを通って伝搬する前記ＲＦ進行波の位相速度を前記電子ビームの速度に一致させる物理的構成を有し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって前記電子ビームに与えられた前記振動する横方向偏向を復調するように構成されている、ＥＭＭＰ。
【請求項7】
請求項５又は６に記載のＥＭＭＰであって、前記分散抑制セクションは少なくとも１つの磁気四重極を含む、ＥＭＭＰ。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数が、０．１ＧＨｚ～２０ＧＨｚで調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスのパルス長が１００ｆｓ～１０ｐｓで調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力デューティサイクルが１％～１０％で調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数及び前記出力デューティサイクルが独立して調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、１００～５００ｋｅＶの運動エネルギーを有する入力電子ビームを受け入れるように構成されている、ＥＭＭＰ。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、前記電子ビームが同時に通過する２つの対向するコーム対を含み、前記２つの対向するコーム対は、その第１の対が前記電子ビームを第１の偏向面内で偏向させ、その第２の対が前記電子を前記第１の偏向面と直交する第２の偏向面内で偏向させるように構成され、前記第１の偏向面と前記第２の偏向面との交線が、前記電子ビームが通過する前記内部通路に沿って存在する、ＥＭＭＰ。
【請求項14】
請求項１～１３のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第３のＴＷＭＣＳがダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳは、前記ＣＣＡの下流に配置され、前記ＣＣＡから出現する電子パルスの前記チョップドストリームから出てくるいくつかのパルスを偏向させることにより、前記出力ストリームの前記出力パルス繰返し周波数を低減させるように構成されている、ＥＭＭＰ。
【請求項15】
請求項１４に記載のＥＭＭＰであって、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳの下流に位置するダウン選択アパーチャを更に含む、ＥＭＭＰ。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つが、前記コーム対の前記コームの他方に向かって及び離れるように横方向にシフトされ得る、ＥＭＭＰ。
【請求項17】
請求項１～１６のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記ＲＦエネルギー出力が、終端インピーダンスに接続されている、ＥＭＭＰ。
【請求項18】
請求項１～１７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つの向きが、前記コーム対の前記コームの間の角度を調整するように変更され得る、ＥＭＭＰ。
【請求項19】
請求項１～１８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＣＣＡのアパーチャサイズが機械的に調整可能である、ＥＭＭＰ。
【請求項20】
請求項１～１９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは電気的に絶縁された要素を有するアパーチャを含み、前記要素は、前記アパーチャがビーム位置モニタ及びビーム電流モニタのうちの少なくとも１つとして機能することを可能にする、ＥＭＭＰ。
【請求項21】
請求項１～２０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記電子ビームの伝搬方向を調整するように構成された少なくとも１つの磁気又は静電ビーム偏向要素を更に備える、ＥＭＭＰ。
【請求項22】
電子パルスを生成する方法であって、前記方法は、請求項１～２１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰを提供することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記ＲＦエネルギー入力部にＲＦエネルギーを印加しながら、連続電子ビームが前記ＴＷＭＣＳキッカーを通過することを生じさせることであって、前記ＲＦエネルギーは、進行ＲＦ波が前記ＴＷＭＣＳキッカーを通って伝搬することを生じさせ、前記進行ＲＦ波は、前記電子ビームの電子速度に等しい位相速度を有し、それにより前記連続電子ビームに空間振動を与える、ことと、
空間的に振動する前記電子ビームが前記ＣＣＡに影響を与えるようにして、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記ＣＣＡが前記電子ビームを遮断するようにし、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数を有する、チョップド電子パルスのストリームにすることと、
前記チョップド電子パルスの幅を、所望のチョップド電子パルス幅に等しくなるように調整するように、前記ＴＷＭＣＳキッカーに印加される前記ＲＦエネルギーの振幅を調整することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーに適用される前記ＲＦエネルギーの周波数を調整して、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数の半分に等しくなるようにすることと、を含む方法。
【請求項23】
請求項２２に記載の方法であって、前記所望の電子パルス繰返し周波数が１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚであり、前記所望の電子パルス幅が１００ｆｓ～１０ｐｓの範囲にある、方法。
【請求項24】
請求項２２又は２３に記載の方法であって、前記指定された電子パルスエネルギーは１００ｋｅＶ～５００ｋｅＶである、方法。
【請求項25】
請求項２２～２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含む、方法。
【請求項26】
請求項２２～２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、
前記ＣＣＡは、非円形の形状を有するアパーチャ開口部を含み、
前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記第１のＲＦ振幅と前記第２のＲＦ振幅との差を変化させることにより、前記チョップド電子パルス幅を変化させることと、を更に含む、方法。
【請求項27】
請求項２２～２６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を含み、前記方法は、前記ピッカーＴＷＭＣＳにＥＰＰパルスを印加することにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記ＥＰＰパルスの印加中に前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去することを更に含む、方法。
【請求項28】
請求項２２～２７のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳが、前記ＣＣＡの下流に配置されたダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーに第１のＲＦ周波数Ｆ１でＲＦエネルギーを印加することと、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳに第２のＲＦ周波数Ｆ２でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含み、Ｆ１／Ｆ２又はＦ２／Ｆ１のいずれかが整数である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［政府利益の説明］
本発明の一部は、エネルギー省ＳＢＩＲ Ｐｈａｓｅ ＩＩＡ Ｇｒａｎｔ ＃ＤＥ－ＳＣ００１３１２１に基づく米国政府の資金援助を受けて行われ、米国政府は一定の権利を有し得る。
［関連出願］
本出願は、２０１９年４月２４日に出願された米国特許出願第１６／３９３，４６９号であり、現在は２０１９年１２月２４日に発行された米国特許第１０，５１５，７３３号の優先権を主張する。本出願はまた、２０１９年１０月２４日に出願された米国特許出願第１６／６６２，４３４号の優先権を主張する。これら出願の両方は、その全体があらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の一部は、エネルギー省ＳＢＩＲ Ｐｈａｓｅ ＩＩＡ Ｇｒａｎｔ ＃ＤＥ－ＳＣ００１３１２１に基づく米国政府の資金援助を受けて行われ、米国政府は一定の権利を有し得る。
［関連出願］
本出願は、２０１９年４月２４日に出願された米国特許出願第１６／３９３，４６９号であり、現在は２０１９年１２月２４日に発行された米国特許第１０，５１５，７３３号の優先権を主張する。本出願はまた、２０１９年１０月２４日に出願された米国特許出願第１６／６６２，４３４号の優先権を主張する。これら出願の両方は、その全体があらゆる目的で参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
［発明の分野］
本発明は、パルス電子ビームを生成するための装置及び方法に関し、より具体的には、低エネルギー及び中エネルギーのパルス電子ビームを非常に高速で生成及び制御するための装置及び方法に関する。
本発明は、パルス電子ビームを生成するための装置及び方法に関し、より具体的には、低エネルギー及び中エネルギーのパルス電子ビームを非常に高速で生成及び制御するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
低エネルギー及び中エネルギーのパルス電子ビームの生成と正確な制御は多くの産業、医療、及び研究用途で必要であり、これら用途は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、水平／垂直加速器ベースビームライン（ＨＡＢ／ＶＡＢ）、並びに、ＳＥＭ若しくはＴＥＭ、又はＨＡＢ／ＶＡＢにおける電子ビームをプローブとして使用する関連実験分析方法を含む。
【0004】
研究では、超短パルス持続時間を有するパルス電子ビームが、様々な材料の動的プロセスを調査するために使用される。多くの場合、電子ビームは、レーザービームなどの他の一次励起プローブ、又はＸ線ビームなどの他の光子ベースプローブと組み合わされる。一例として、「ポンププローブ」クラスの実験がある。
【0005】
特定の長さと電荷（すなわち強度）の電子ビームパルスを周期的なシーケンスで生成する手法の１つは、外部電場と組み合わせてレーザー又は熱のいずれかを使用して電子を励起することにより、電子源（カソード）の表面上で直接、電子パルスを生成することである。
【0006】
励起方法としてレーザーを使用する場合、電子パルスのシーケンスは、レーザー光子パルスの波長、出力、及び／又は時間的構造（パルス長及び繰返し周波数）を調整することによって制御される。例えば、フェムト秒レーザーと光電陰極電子エミッタの組み合わせが使用される場合、電子パルス長は、ｆｓレーザーのパルス長と光電陰極の応答時間によって厳密に決定される。この手法を使用すると、１００フェムト秒（「ｆｓ」）以下の短いパルス長を日常的に取得することが可能である。
【0007】
しかしながら、本明細書では、少なくとも１ＧＨｚ以上の繰返し周波数として定義される高い繰返し周波数は、レーザー励起電子ビームには単純には利用できない。なぜなら、最新のレーザーは、およそ１００ＭＨｚ以下の繰返し周波数しか可能ではないからである。例えば、市販のＵＴＥＭ（Ｕｌｔｒａｆａｓｔ ＴＥＭ）は、ポンプ信号とプローブ信号の両方がレーザーで作動されるストロボスコープ式ポンププローブ法である。電気的、磁気的、又はその両方で駆動される多くのプロセスを含む大部分のレーザー駆動プロセスは、１ＧＨｚを超える周波数で永久にサイクルでき、したがってオペランド顕微鏡検査において実際に可能になり、その最も顕著な例が半導体デバイスでのスイッチングである。しかしながら、ＵＴＥＭでは、データが長期間にわたって繰り返し収集されており、調査対象のプロセスが不可逆的に損傷されないように、ポンプレーザーからの熱負荷を管理する必要がある。したがって、より高い繰返し周波数のレーザーが利用可能であったとしても、ＵＴＥＭシステムは典型的には０．１ＧＨｚ未満で動作し、実験に応じて約０．１ＭＨｚで動作することもある。
【0008】
加えて、実験システムでは多くの場合、連続ビームモードとパルスビームモードを切り替えるための柔軟で単純なソリューションを提供することが重要である。パルスビーム生成のために光電陰極とｆｓレーザーの組み合わせを使用する場合、必要な連続ビームは、別個の熱電子源又は電界放出源を使用して生成される必要がある。
【0009】
これに対して、励起方法として熱と外部電場とを組み合わせて使用する場合、電子パルスのシーケンスは、電場強度と、電場パルスの時間的構造（パルス長とパルス繰返し周波数）とによって制御される。
【0010】
パルス電子ビームを生成する更に別の手法は、連続電子ビームを、所望の電子パルスタイミングに従って所望の周期で機械的又は電磁的に遮断及び遮断解除（すなわち、「チョップ」）することである。典型的には、ビームに横方向振動を与え、次いでアパーチャを使用して振動するビームをパルスにチョップする。ＧＨｚ周波数範囲における数十ｋＶの電子ビームをチョップする偏向キャビティ技術を使用する手法が１９７０年代から知られている。
【0011】
この手法によれば、連続電子ビームが、本明細書では電磁機械式パルサー（ＥＭＭＰ）と称されるデバイスを通して導かれ、このデバイスは、ビームをチョップして出力をコリメートするように動作する。ＥＭＭＰは「キッカー」を含み、キッカーは、キッカー内で生成された時間変化電場及び時間変化磁場のうちの少なくとも１つに従って、無線周波数エネルギーを使用してビームに横方向振動を与え、その後、横方向振動しているビームをアパーチャがパルスに「チョップ」する。ＲＦは、キッカー内で「横方向」モードで生成される。これは、キッカーの電界成分及び磁界成分が、ビーム伝搬方向に対して横方向に振動することを意味する。より具体的には、ＲＦ波の電気成分及び磁気成分は、電子が伝搬する方向に沿ったＥＭＭＰの長軸を含む直交平面内を伝搬する。
【0012】
ＥＭＭＰキッカーを実装する可能性の１つは、「ストリップライン」を使用することである。周知のように、最も単純な形である、２つの平坦な金属平行スラブを備える金属進行波ストリップラインでは、２つのスラブ間の媒体が真空又は空気である場合、ＲＦ電磁波の位相速度はストリップラインに沿って光速で移動する。しかしながら、多くの用途では電子は遥かにゆっくりと移動する。例えば、ＴＥＭ用途では、電子のエネルギーは典型的には１００ｋｅＶ～３００ｋｅＶの範囲にあり、電子ビームの速度は約２．１×１０8ｍ／ｓであり、これは光速の約７０％に過ぎない。
【0013】
したがって、多くのＥＭＭＰ用途では、ＲＦ波と電子との相互作用時間を制限することが必要である。なぜなら、そうしないと、電子に位相すべりが発生するからであり、これは、印加される全体的なキック力が大幅に低減される又は更には打ち消されるであろうことを意味する。とりわけ、この理由から、現在の手法では、多くの場合、単一セルの偏向キャビティを１つだけ使用し、典型的には、パルス長はせいぜい１ピコ秒（「ｐｓ」）、繰返し周波数は１ＧＨｚ以下に限定され、変更又は調整することができない。更には、これらの手法は、１００キロ電子ボルト（「ｋｅＶ」）未満のエネルギーを有する低エネルギー電子ビームを生成するためにのみ適用可能である。おそらく更により重要なことに、これらの手法は、典型的には、横方向（ビーム直径及び発散）と長手方向（時間的コヒーレンス）の両方において、非常に広範囲の電子ビームの品質劣化をもたらす。
【0014】
横方向偏向キャビティ（ＴＤＣ－ＥＭＭＰ）を実装するＥＭＭＰは、米国特許第９，６９７，９８２号、及びＵｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ １６１（２０１６）１３０－１３６において発行された記事で開示されており、これらは両方とも、あらゆる目的で本明細書に参照として組み込まれる。これらの参考文献に開示されているＴＤＣ－ＥＭＭＰは、連続入力電子ビームに空間振動を与えるメカニズムとして、横方向偏向キャビティ内に進行波ではなく定常電磁波を生成させることにより、位相速度不整合の問題を回避している。このＴＤＣ－ＥＭＭＰ手法は、１ＧＨｚを超えるパルス周波数で、及び横方向及び長手方向の分散を最小限に抑えて、高デューティサイクルでパルス化できる電子ビームを生成できる。次いで、空間的に振動するビームを調整可能チョッピングコリメートアパーチャ（「ＣＣＡ」）に適用して、ビームを一連のパルスに分割し、その後、複数の空洞共振器及び／又は磁気四重極を備える分散抑制セクションを使用して、パルスビームの時間的及び空間的分散を抑制する。
【0015】
図１Ａは、ＴＤＣ－ＥＭＭＰ手法の基礎となる基本的概念を示す概念図である。図示した例では、初期的には連続的な「ＤＣ」電子ビーム１００が、１ＧＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内にある共振周波数で動作する真空充填されたＴＤＣ１０２を通過する際に、横方向変調されて正弦波１１０になる。正弦波１１０の振幅は、変調されたビームが伝搬するにつれて大きくなり、次いでビーム１１０は、１０μｍ～２００μｍで調整可能な開口部１０６を有するチョッピングコリメートアパーチャ、すなわち「ＣＣＡ」１０４に衝突する。ＣＣＡは、ビームを「チョップ」してパルス１０８にし、パルスは、ＴＤＣ変調周波数の２倍である超高繰返し周波数でＣＣＡから現れる。なぜなら、パルス１０８は、ビーム変調の正弦波１１０をアップスイングとダウンスイングの両方で切断することによって生成されるからである。アパーチャ開口部１０６とＴＤＣの変調フィールドは一緒に作用してパルス長を１００ｆｓ～１０ｐｓに調整し、その結果、ＴＤＣ－ＥＭＭＰデバイスのデューティサイクルは２０％以下になる。
【0016】
ビーム１００がチョップされてパルス１０８になった後、更に何もなされなければ、パルス１０８のストリームの長手方向発散及び横方向発散の両方が増加するであろう。換言すれば、パルスはより長くなり（伝搬方向、すなわち「ｚ」方向、における時間的発散）、広がる（ｘ方向及びｙ方向における空間的分散）であろう。これを回避するために、この発散を逆転及び抑制する追加の構成要素１１２、１１４が、図１Ａに示すように、ＣＣＡ１１０の下流の発散抑制セクションに含まれる。図１Ａの例では、発散抑制セクションは、追加の復調するＴＤＣ １１４を含み、これは設計が、変調ＴＤＣ１０２並びに磁気四重極１１２と同じである。ＴＤＣ－ＥＭＭＰの特徴及び基礎をなす原理に関する追加の詳細は、米国特許出願第１５／０９１，６３９号、及びＵｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ １６１（２０１６）１３０－１３６に示されている。
【0017】
図１Ｂを参照すると、同様の実装において、ＴＤＣ－ＥＭＭＰ１２０は、第１の電磁キッカー１０２、コリメートアパーチャ１１２、第１の磁気四重極１１２、復調要素として機能する第２の「ミラー」電磁キッカー１１４、第２の磁気四重極１１６、及び第３の磁気四重極１１８を含む。入射する長手方向のＤＣ電子ビーム１００は、光軸に沿って導かれる（図１Ｂの破線）。ＴＤＣ－ＥＭＭＰ１２０の入口において、第１のビームキッカー１０２によって生成された電磁場によって、ＤＣビーム１００に横方向の正弦波運動量が与えられる。電磁場は横方向に振動するので、直角をなすその電気成分と磁気成分とは時間と共に変化し、その結果、入射する電子１００に印加される変調力は、その電子がＴＤＣキッカー１０２に到着する時間に依存する。
【0018】
変調されたビームが光軸１００に沿って（図１Ｂの下向きに）伝搬するにつれて、正弦波の振幅は横方向（図の水平方向）に大きくなる。ビームが、第１のキッカー１０２の下流において光軸１００上に配置されたコリメートアパーチャ１０４に到達すると、アパーチャ１０４におけるスリットがビーム１００をチョップし、ビームをパルスシーケンスに変換する。しかしながら、アパーチャを通過した後、ビームは拡大し、ビームサイズと発散の両方が増加する。図１Ｂに示すように、四重極磁石１１２、１１６、１１８、及び第２の「ミラー」ビームキッカー１１４の追加により、ビーム１００は復調され、そのエミッタンス拡大及びエネルギー拡散の両方（すなわち、ビームの空間的及び時間的コヒーレンスの両方）が減少し得る。
【0019】
ＴＤＣ－ＥＭＭＰ手法によれば、パルス長、したがってパルスのデューティサイクルは、ＲＦ振幅を変化させることにより調整できる。しかしながら、ＴＤＣキッカー内の定在波の波長はＴＤＣの寸法により固定される。したがって、パルス周波数は、電子速度を変えることによってのみ調整可能であり、独立して調整することはできない。
【0020】
ＥＭＭＰ電子ビームパルスへの別の手法は、ＲＦがキッカーを通って伝搬する際にＲＦの位相速度を低下させるように構成されたストリップラインに進行ＲＦ波を実装することである。あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に含まれる米国特許出願第１５／３６８，０５１号は、そのような手法を開示している。その手法によると、キッカー内で進行ＲＦ波が生成されるが、ＲＦ波は誘電体を通って伝搬されて、ＲＦ波の位相速度は光速よりも遅くなり、それにより電子速度をＲＦ位相速度に一致させることができる。より具体的には、この手法によれば、「キッカー」は、インピーダンス負荷によって終端される進行波伝送ストリップライン（ＴＷＴＳ）である。この手法の例示的な実装形態では、ＴＷＴＳキッカーは誘電体で充填された中空の連続管である。電子ビームは管の中空中心を通って伝搬する一方で、横モードＲＦ波は同時にチューブを通って伝搬する。上述したように、誘電体は、ＲＦの位相速度を、ビーム中の電子の速度に一致させることができる準光速に低減させる役割を担う。
【0021】
ＴＷＴＳキッカー内のＲＦ位相速度はＲＦ周波数に依存しないので、ＲＦ周波数を所望の値に調整することにより、ビームの変調周波数と結果として得られるパルス周波数とを非常に広い範囲にわたって調整できる。電子ビーム変調の振幅、それゆえパルス幅、したがってパルスデューティサイクルは、適用されるＲＦの振幅を変化させることにより、独立して変化させることができる。実施形態では、この手法による発散抑制セクションは、パルスビームの残留横方向振動及び発散を抑制するように機能する「ミラー」誘電体ＴＷＴＳを含む。
【0022】
ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰは、超広動作帯域幅にわたってパルス幅とデューティサイクルを独立して連続的に調整できる利点を提供し、また製造が単純であるという利点も含む。実施形態では、これにより、データを迅速に蓄積するために高いパルス繰返し周波数を維持しながら、放射線照射レートを測定サンプルの損傷閾値レベル未満に低減させることが可能になる。重要な用途には、広範囲の空間的及び時間的スケールにわたる細胞構造の電子トモグラフィが含まれる。ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰはまた、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）用途において高周波ストロボスコープモードを可能にするのに有利であり、それによりＴＥＭの照射レートを変化させることができる。低照射レートＴＥＭは、例えば、高エネルギー電子によって引き起こされる放射線損傷に対して脆弱である生体サンプルを検査する場合に非常に重要になり得る。
【0023】
「デューティサイクル」という用語は、本明細書では、電子ビームパルス幅を、連続する電子ビームパルス間の時間で割った比として定義されることに留意すべきである。「連続的変動」という用語及びその派生語は、本明細書では、その定義された範囲全体にわたって間隙なしでスムーズに調整できるパラメータを指すために使用されることに更に留意すべきである。
【0024】
ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰは以前の手法に比べて多くの利点を提供するが、ある状況下では、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰに含まれる誘電体は、入射電子の衝撃により誘電体が電荷を獲得する「電子帯電」を受ける可能性がある。これは、誘電体に薄膜導電性コーティングを施すことにより軽減され得るが、そのような導電性フィルムを施すと、電磁エネルギーの損失及びシステム効率の低下がもたらされ得る。
【0025】
したがって、必要なのは、広範囲のパルス繰返し周波数とパルスデューティサイクルとにわたって独立して連続的に調整可能なパルス電子ビームの生成を含むが電子帯電の影響を受けない、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの多くの利点を提供するＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの代替である。
【発明の概要】
【0026】
本発明は、新規の「進行波金属コームストリップライン」キッカーを実装する電磁機械式パルサー（ＥＭＭＰ）であり、本明細書ではＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰと呼ばれる。開示されるＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰは、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの代替であり、広範囲のパルス繰返し周波数及びパルスデューティサイクルとにわたって独立して連続的に調整可能なパルス電子ビームの生成を含む、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの大部分の利点を提供する。加えて、ＴＷＭＣＳキッカーの外面は完全に金属性であるため、ＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰは電子帯電の影響を受けない。実施形態では、開示されるＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰシステムによって生成される電子パルスの周波数は、１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚで連続的に調整でき、電子照射エネルギーはまた、パルスのデューティサイクルを調整することにより、実施形態では少なくとも１％から１０％に及ぶ範囲内で連続的に調整できる。
【0027】
ＴＷＴＳキッカーの場合のように誘電体を実装することにより進行ＲＦ波の位相速度を遅くする代わりに、本発明のＴＷＭＣＳキッカーは、一方の端部にＲＦ励起入力部を有し、実施形態では他方の端部に、５０オーム負荷などの終端負荷を有する一対の対向する金属（又は金属被覆された）「コーム」を使用する。同様の実施形態は、例えば２つ以上の周波数及び／又は振幅のＲＦがＴＷＭＣＳに印加される実施形態では、両端にＲＦ入力部を含む。
【0028】
本発明によれば、キッカーの構成、特に、コームの「歯」の幅、間隔、形状、オフセット、及び他の構造的特徴は、横方向電磁モードにてキッカーを通って伝搬するＲＦ波の位相速度を制御及び決定し、このとき、位相速度は、広い周波数範囲にわたって駆動ＲＦ周波数に実質的に依存しない。したがって、本発明の各実現形態では、ＴＷＭＣＳキッカーの形状は、横方向電磁波の位相速度が入射電子ビームの電子速度と同期するように最適化され、入射電子ビームは、実施形態では１００～３００ｋｅＶ、そしていくつかの実施形態では１００～５００ｋｅＶの電子運動エネルギーを有する連続ビームであり得る。
【0029】
実施形態は、パルサーに更なる調整能力を提供するように機械的に調整可能なＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰの態様を含む。様々な実施形態では、これらの特徴は、調整可能なアパーチャを有するＣＣＡ、及びそれらの横方向及び／又は長手方向のオフセットを調整可能なコームを有するＴＷＭＣＳを含み得る。いくつかの実施形態は、１つ以上の磁気又は静電ビームステアリング機能を含み、これは、例えば、ＴＷＭＣＳキッカーへの入力部、ＣＣＡの出力部、及び／又はＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰの出力部に配置できる。
【0030】
実施形態は、例えば、ＴＷＭＣＳキッカーへの電子ビーム入力部に配置され得る１つ以上の追加のアパーチャを更に含んで、例えば、追加的にビームのコリメーションを提供する。ＣＣＡの要素及び／又は追加アパーチャのうちの１つ（含まれる場合）の要素は、アパーチャがビーム位置モニタ及び／又はビーム電流モニタとして使用され得るように、互いに電気的に絶縁され得る。
【0031】
本発明の実施形態は、分散抑制セクションに「ミラー」ＴＷＭＣＳを更に含む。いくつかの実施形態は、ＣＣＡの下流に「ダウン選択（ｄｏｗｎ－ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ）」ＴＷＭＣＳを更に含み、これは、ＴＷＭＣＳキッカーの励起周波数Ｆ１の分数調波である第２のＲＦ周波数Ｆ２（すなわちＦ１／Ｆ２＝整数）においてＲＦによって励起され得る。その結果、ダウン選択キッカーは電子パルスの一部を偏向させてビームから外し、それにより、電子パルスの一部はダウン選択ＴＷＭＣＳの下流に位置するダウン選択アパーチャによって遮断されることにより、ビームに残っているパルスの数が減少し、その結果、ＴＷＭＣＳキッカー及びＣＣＡによって決定されるパルス幅が狭くなり、ダウン選択ＴＷＭＣＳによって決定されるパルス繰返し周波数は遅くなる。
【0032】
本発明の実施形態は、装置の少なくとも１つのＴＷＭＣＳ内の少なくとも１つのコーム対にわたって横方向電場を印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含む。横方向電場が存在する場合、電子がＴＷＭＣＳを通過するときに横方向電場が電子を偏向させるので、電子は電子ビームから除去される。ビームと同期してピッカーフィールドのオンとオフを切り替えることにより、ビームから電子及び／又は電子のグループを選択的に除去する一方で、その他のものを通過させることが可能である。
【0033】
実施形態では、固定ＤＣバイアスが、ＴＷＭＣＳコーム対の１つのコームに印加される。コーム対の他方のコームが電気的に中立の場合、印加されたバイアスは、電子をビームから偏向させるのに十分な振幅を有する、ＴＷＭＣＳを横切る横方向の「ピッカー」場を形成する。これらの実施形態のいくつかでは、ＥＰＰ装置は、固定バイアスと等しい振幅のＤＣ電気パルス（ＥＰＰパルス）がコーム対の他方のコームに印加されることを可能にするように更に構成され、その結果、各ＤＣパルスの印加中に、ピッカー場は一時的に中立になり、ビーム中の電子はＴＷＭＣＳを通過できる。したがって、ＥＰＰパルスは、ＥＰＰパルスが印加されている間だけ電子がビーム内に留まるという点で、電子ゲートパルスとして機能する。これらの実施形態のいくつかでは、ＥＰＰパルスは、１ｋＨｚ以下から１ＭＨｚ以上までの任意の繰返し周波数でＴＷＭＣＳに印加され得る。
【0034】
様々な実施形態では、ＥＰＰパルスは、ビームの１つの電子のみが通過することを可能にする狭い幅を有することができる、又はＥＰＰパルスは、所望の数の電子を含む電子バーストがＴＷＭＣＳを通過することを可能にする任意の長さを有することができる。例えば、実施形態では、ＥＰＰパルスの長さは１００ピコ秒から１０マイクロ秒で可変である。様々な実施形態では、ＥＰＰパルスのタイミングは、例えば、ＴＷＭＣＳを駆動するＲＦ信号、及び／又は横断型電子（ＴＥＭ）サンプルのポンピングをトリガーする信号と同期させることができ、その結果、サンプルの動態像をリアルタイムで取得できる。
【0035】
実施形態では、一連のＥＰＰパルスがＴＷＭＣＳに印加され、ＥＰＰパルスの全てが等しい長さであり、間隔が等しい。他の実施形態では、単一のＥＰＰパルスのみが印加され、更に他の実施形態では、ＥＰＰパルス幅及びＥＰＰパルス間の間隔が任意の所望のパターンである一連のＥＰＰパルスが印加される。
【0036】
本発明の第１の全般的な態様は、連続入力電子ビームを受け入れるように構成された入力部と、入力部の下流に位置する少なくとも１つの進行波金属コームストリップライン（「ＴＷＭＣＳ」）と、を含む電磁機械式パルサー（「ＥＭＭＰ」）である。ＴＷＭＣＳの各々は、電子ビームが通過する内部通路を有し、ＴＷＭＣＳの各々は、ＴＷＭＣＳを通って伝搬されるＲＦ進行波によってＴＷＭＣＳ内で生成される横方向時間変化電場及び横方向時間変化磁場のうちの少なくとも１つに応じて、振動する横方向偏向を電子ビームに与えるように構成されている。ＴＷＭＣＳのうちの第１のＴＷＭＣＳはＴＷＭＣＳキッカーである。
【0037】
ＥＭＭＰは、ＴＷＭＣＳキッカーの下流に位置するチョッピングコリメートアパーチャ（「ＣＣＡ」）であって、電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、電子ビームを遮断し、それにより、電子ビームをチョッピングして、チョップド電子パルス繰返し周波数及びチョップドパルスデューティサイクルを有する、チョップド電子パルスのチョップドストリームにするように構成された、チョッピングコリメートアパーチャを更に含む。
【0038】
ＥＭＭＰは、電子パルスが、出力パルス繰返し周波数及び出力パルスデューティサイクルを有する、電子パルスの出力ストリームとして、ＥＭＭＰから出現することを可能にするように構成された出力部と、ＥＭＭＰの全ての要素を取り囲む真空チャンバであって、残留ガスによる電子ビームの大幅な減衰なしに、電子ビームがＥＭＭＰを通過することを可能にするのに十分な真空を提供するように構成された、真空チャンバと、を更に含む。
【0039】
ＴＷＭＣＳの各々は、少なくとも１つの対向するコーム対を含み、コーム対のうちの対向するコームの各々がストリップを含み、実質的に同一で等間隔に配置された複数のブロックがストリップから歯として延びている。コーム対のうちのコームは、歯が内側を向くように間隔を空けて配置され、その結果、電子ビームが通過する内部通路がコーム対の歯の間に存在する。コーム対は、コームの近位端に近接するＲＦエネルギー入力部と、反対側のコームの遠位端に近接するＲＦエネルギー出力部とを含む。コーム対の歯は、コーム対の近位端から遠位端に伝搬する進行ＲＦ波の位相速度を制御して、位相速度を電子ビームの電子速度に一致させるように構成され、コーム対の全ての露出面は導電性である。
【0040】
実施形態では、ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、ピッカーＴＷＭＣＳは、ピッカーＴＷＭＣＳにＥＰＰパルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含み、ＥＰＰパルスの各々が、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、該横方向電場は、ＥＰＰパルスの印加中に、ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された電子を電子ビームから除去するように構成されている。これらの実施形態のいくつかでは、ＥＰＰは、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの第１のコーム対の第１のコームに電気バイアスを維持するように構成され、ＥＰＰパルスの各々は、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの第１のコーム対の他方の第２のコームに等しい電気バイアスを印加し、その結果、ＥＰＰパルスの各々の印加中に、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの第１のコーム対の両方のコームが、等しい電気バイアスを保持し、それにより、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの第１のコーム対を横断する電場が無効になる。これら実施形態のいずれにおいても、ＥＰＰパルスのパルス繰返し周波数が１ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲にわたって調整可能であり得る。
【0041】
上記の実施形態のいずれも、ＣＣＡの下流に分散抑制セクションを更に含むことができ、分散抑制セクションは、ＴＷＭＣＳキッカーによって与えられる偏向から生じる電子パルスのストリームの残留分散を抑制するように構成されている。これらの実施形態のいくつかでは、ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳは、分散抑制セクションに含まれる復調ミラーＴＷＭＣＳであり、電子ビームは、ＣＣＡの下流のミラーＴＷＭＣＳの内部通路を通過し、ミラーＴＷＭＣＳは、ミラーＴＷＭＣＳを通って伝搬するＲＦ進行波の位相速度を、電子ビームの速度に一致させる物理的構成を有し、ミラーＴＷＭＣＳは、ＴＷＭＣＳキッカーによって電子ビームに与えられた振動する横方向偏向を復調するように構成されている。これらの実施形態のいずれも、少なくとも１つの磁気四重極を更に含むことができる。
【0042】
上記の実施形態のいずれにおいても、出力ストリームにおける電子パルスの出力パルス繰返し周波数は０．１ＧＨｚ～２０ＧＨｚで調整可能である。
【0043】
上記の実施形態のいずれにおいても、出力ストリームにおける電子パルスのパルス長は１００ｆｓ～１０ｐｓで調整可能である。
【0044】
上記の実施形態のいずれにおいても、出力ストリームにおける電子パルスの出力デューティサイクルは１％～１０％で調整可能である。
【0045】
上記の実施形態のいずれにおいても、出力ストリームにおける電子パルスの出力パルス繰返し周波数及び出力デューティサイクルは独立して調整可能である。
【0046】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＥＭＭＰは、１００～５００ｋｅＶの運動エネルギーを有する入力電子ビームを受け入れるように構成され得る。
【0047】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳキッカーは、電子ビームが同時に通過する２つの対向するコーム対を含むことができ、２つの対向するコーム対は、その第１の対が電子ビームを第１の偏向面内で偏向させ、その第２の対が、第１の偏向面と直交する第２の偏向面内で偏向させるように構成され、第１の偏向面と第２の偏向面との交線が、電子ビームが通過する内部通路に沿って存在する。
【0048】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳがダウン選択ＴＷＭＣＳであり、ダウン選択ＴＷＭＣＳは、ＣＣＡの下流に配置され、ＣＣＡから出現する電子パルスのチョップドストリームから出てくるいくつかのパルスを偏向させることにより、出力ストリームの出力パルス繰返し周波数を低減させるように構成され得る。これらの実施形態のいくつかでは、ＥＭＭＰは、ダウン選択ＴＷＭＣＳの下流に位置するダウン選択アパーチャを更に含む。
【0049】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、コームのうちの少なくとも１つが、コーム対のコームの他方に向かって及び離れるように横方向にシフトするように構成され得る。
【0050】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、対向するコーム対のうちの少なくとも１つのＲＦエネルギー出力が、終端インピーダンスに接続され得る。
【0051】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、コームのうちの少なくとも１つの向きが、コーム対のコームの間の角度を調整するように変更されるように構成され得る。
【0052】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＣＣＡのアパーチャサイズは、機械的に調整可能であり得る。
【0053】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＥＭＭＰは電気的に絶縁された要素を有するアパーチャを含むことができ、要素は、アパーチャがビーム位置モニタ及びビーム電流モニタのうちの少なくとも１つとして機能することを可能にする。
【0054】
上記の実施形態のいずれも、電子ビームの伝搬方向を調整するように構成された少なくとも１つの磁気又は静電ビーム偏向要素を含み得る。
【0055】
本発明の第２の全般的な態様は、電子パルスを生成する方法である。本方法は、第１の全般的な態様の任意の実施形態によるＥＭＭＰを提供することと、ＴＷＭＣＳキッカーのＲＦエネルギー入力部にＲＦエネルギーを印加しながら、連続電子ビームがＴＷＭＣＳキッカーを通過することを生じさせることと、を含み、該ＲＦエネルギーは、進行ＲＦ波がＴＷＭＣＳキッカーを通って伝搬するようにさせ、該進行ＲＦ波は、電子ビームの電子速度に実質的に等しい位相速度を有し、それにより連続電子ビームに空間振動を与える。
【0056】
本方法は、空間的に振動する電子ビームがＣＣＡに影響を与えるようにして、電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、ＣＣＡが電子ビームを遮断するようにし、それにより、電子ビームをチョッピングして、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数を有する、チョップド電子パルスのストリームにすることと、チョップド電子パルスの幅を、所望のチョップド電子パルス幅に等しくなるように調整するように、ＴＷＭＣＳキッカーに印加されるＲＦエネルギーの振幅を調整することと、ＴＷＭＣＳキッカーに適用されるＲＦエネルギーの周波数を調整して、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数の半分に等しくなるようにすることと、を更に含む。
【0057】
実施形態では、所望の電子パルス繰返し周波数は１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚであり、所望の電子パルス幅は１００ｆｓ～１０ｐｓの範囲にある。
【0058】
上記の実施形態のいずれにおいても、特定の電子パルスエネルギーは、１００ｋｅＶ～５００ｋｅＶであり得る。
【0059】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳキッカーは、直交する２つのコーム対を含むことができ、この方法は、ＴＷＭＣＳキッカーのコーム対のうちの第１の対に第１の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、ＴＷＭＣＳキッカーのコーム対のうちの第２の対に第２の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含み得る。
【0060】
上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳキッカーは、直交する２つのコーム対を含むことができ、ＣＣＡは、非円形の形状を有するアパーチャ開口部を含むことができ、本方法は、ＴＷＭＣＳキッカーのコーム対のうちの第１の対に第１のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、ＴＷＭＣＳキッカーのコーム対のうちの第２の対に第２のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、第１のＲＦ振幅と第２のＲＦ振幅との差を変化させることにより、チョップド電子パルス幅を変化させることと、を更に含むことができる。
【0061】
上記実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つをピッカーＴＷＭＣＳとすることができ、ピッカーＴＷＭＣＳは、ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を含み、本方法は、ピッカーＴＷＭＣＳにＥＰＰパルスを印加することを更に含むことができ、それにより、ピッカーＴＷＭＣＳの対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、ＥＰＰパルスの印加中にピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された電子を電子ビームから除去することができる。
【0062】
そして、上記の実施形態のいずれにおいても、ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳを、ＣＣＡの下流に配置されたダウン選択ＴＷＭＣＳとすることができ、本方法は、ＴＷＭＣＳキッカーに第１のＲＦ周波数Ｆ１でＲＦエネルギーを印加することと、ダウン選択ＴＷＭＣＳに第２のＲＦ周波数Ｆ２でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含むことができ、Ｆ１／Ｆ２又はＦ２／Ｆ１のいずれかが整数である。
【0063】
本明細書に記載の特徴及び利点は全てを含むものではなく、特に、図面、明細書、及び特許請求の範囲を考慮すると、多くの追加の特徴及び利点が当業者には明らかであろう。その上、本明細書で使用される言語は、主に可読性及び指示目的のために選択されており、本発明の主題の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【図7】本発明の一実施形態における、ＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰに関する出力電流のシミュレーション結果を時間の関数として提示するグラフである。
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【0083】
【0084】
【0085】
【0086】
【0087】
【0088】
【0089】
【0090】
【0091】
【0092】
【0093】
【発明を実施するための形態】
【0094】
本発明は、新規の「進行波金属コームストリップライン」キッカー（「ＴＷＭＣＳ」）を実装する電磁機械式パルサー（「ＥＭＭＰ」）であり、本明細書ではＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰと呼ばれる。開示されるＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰは、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの代替であり、広範囲のパルス繰返し周波数とパルスデューティサイクルとにわたって独立して連続的に調整可能なパルス電子ビームの生成を含む、ＴＷＴＳ－ＥＭＭＰの大部分の利点を提供する。加えて、ＴＷＭＣＳの外面は完全に金属性であるため、ＴＷＭＣＳは電子帯電を影響を受けない。実施形態では、開示されるＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰシステムによって生成される電子パルスの周波数は、１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚで連続的に調整でき、電子照射エネルギーは、ＲＦの振幅を、そしてそれによりパルスのデューティサイクルを調整することにより、実施形態では少なくとも１％から１０％に及ぶ範囲内で、独立して連続的に調整できる。
【0095】
図２Ａ～図２Ｄを参照すると、ＴＷＭＣＳ ２１０は、少なくとも１つの対向するコーム対２００を含み（図２Ａ及び図２Ｂ）、実施形態では、２つの直交する対向するコーム対２００を含む（図２Ｃ及び図２Ｄ）。図から分かるように、一対の対向するコームの各コーム２００はストリップ２０６を含み、電子ビーム２０４が通過する内部通路がコーム２００対のコーム２００の間に存在するように、複数の実質的に同一の等間隔のブロックがストリップから歯２０２として内側に延びている。コーム２００の少なくとも露出面は金属性である。図２Ａ～図２Ｄの実施形態では、コームは全て互いに平行であり、対向するコームの歯は互いに整列している。他の実施形態では、所望の電磁波モードを励起し所望のビーム変調を実現するために、コームは互いに平行ではなく、及び／又は歯は整列していない。様々な実施形態では、歯２０２及び／又はストリップ２０６は、断面が正方形ではなく、用途の要件に応じて、長手方向又は横方向のいずれか又は両方に成形されている、及び／又は角度付けされている。
【0096】
本発明によれば、電磁進行波（図示せず）が、キッカー２１０を通って、コーム２００に沿ってそしてコーム２００の間を長手方向に伝搬するにつれて、位相速度は歯２０２によって遅くなる。図２Ｅを参照すると、広範囲にわたる任意の所与の電子ビーム２０４入力運動エネルギー（実施形態では１００～３００ｋｅＶであり得る）について、ＴＷＭＣＳ２１０を通って伝搬される電磁進行波の位相速度が、ビーム２０４中の電子の非相対論的速度と同期するように、ＴＷＭＣＳキッカー２１０が、幅ｔ、間隔ｄ、繰返し間隔Ｐ、及び歯２０２の高さｈの構成を有するように準備できる。
【0097】
図２Ｅの簡単な実施例を取り上げて、ＴＷＭＣＳキッカー２１０が差動ＲＦ信号によって駆動される、すなわち、ＴＷＭＣＳ２１０の２つのコーム２００が同じ振幅を有するが位相が１８０度だけ外れたＲＦ信号によって駆動されると想定すれば、図２Ａの実施形態のＲＦ伝搬は、仮想の無限に薄い導電面２１４がＴＷＭＣＳ２１２のコーム２００の間の中央に挿入されている物理モデル、すなわち図２Ｅに示す同等の構造と同等になる。
【0098】
図２Ｅと等価の構造によれば、分散関係は次式で与えられる。
ここで、ｋはＲＦの波数、τn及びβnはそれぞれ、ｘ（横）方向及びｚ（長手）方向の伝搬定数の次数であり、他の変数は図２Ｅで定義されているとおりである。式１を使用して、図２Ｆに示すような分散関係曲線のファミリーを数値的に計算でき、このとき、ＲＦの位相速度を電子の運動速度と一致させるように、ｄ、ｔ、ｂ、及びｈの適切な値が選択され得る。実施形態は、図中の下の曲線によって示されるように、最低モード、β＝０、を実装し、このモードでは電場も磁場も波の伝搬方向ｚにいかなる成分も持たない。このモードは、電子がＴＷＭＣＳキッカー２１０を通過する際に、電子の運動エネルギーが影響を受けないことを保証するので理想的である。図２Ｅの実施形態のより完全なフィールド分析は、Ｋｅｑｉａｎ Ｚｈａｎｇ及びＤｅｊｉｅ Ｌｉによる、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＩＳＢＮ ９７８－３－５４０－７４２９５－１ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｃｈａｐｔｅｒ ７、に見出すことができ、あらゆる目的でその全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【数1】
【0099】
したがって、電子に対するＴＷＭＣＳキッカー２１０の作用は、ＴＷＴＳキッカーと同様であるが、誘電体材料を使用しておらず、したがって、キッカーの電子帯電がない。
【0100】
図３Ａは、入射する連続電子ビーム１００がどのように電子パルスのビーム３００に変換されるかを示す、本発明の実施形態におけるＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰの簡略化されたモデルである。各電子がＴＷＭＣＳキッカー２００を通過する際に、電子はキック角度θkにて偏向される。アパーチャ１０４まで距離Ｌを移動した後、θk＜θ（図にθが示される）の場合、電子はアパーチャ１０４を通過する。そうでない場合、電子はアパーチャ１０４によって遮断される。したがって、電子の一部のみがアパーチャ１０４を通過し、したがって、出現するパルス電子ビームの平均電流は、デューティサイクル（図３Ｂに図示するように、Ｄ＝Δｔ／Ｔ）によって決定される、流入するＤＣ電流の一部である。
【0101】
本発明のトンネル電子顕微鏡（ＴＥＭ）用途に関して、典型的なＴＥＭバイオサンプルグリッドは、２００～４００のメッシュを有する。例えば、２００メッシュのメッシュサイズは１２７μｍである。電子が、およそ１．６×１０4平方マイクロメートルの単一のメッシュ穴を通して集束されると想定し、バイオサンプル用の照射レートが毎秒１平方オングストローム当たり１０電子未満である必要があると想定すると、その場合の照射レートの下限は、毎秒１．６×１０13電子、すなわち、平均パルスビーム電流が２．５マイクロアンペアになる。本発明のＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰの実施形態では、１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの間で連続的に調整可能なパルス周波数の場合、デューティサイクルは１％～１０％で可変であり、これは、実施形態が０．２５～２．５μＡの連続可変ビーム電流を供給できることを意味する（すなわち、毎秒１平方オングストロームあたり１～１０個の電子）。ＴＥＭへの様々な用途において、たとえ総放射線照射レートが同じであっても、すなわち、高い繰返し周波数ではパルスあたりの電子数が少ないのに対し、低い繰返し周波数ではパルスあたりの電子数が多い場合であっても、本発明によって提供される、電子パルス幅及びデューティサイクルと、入射電子ビームの強度との独立した制御を使用して、２つ以上の異なる低照射レートレジームの効果を研究することができる。
【0102】
図４を参照すると、本発明の実施形態は、図１Ｂに示すＴＷＣ－ＥＭＭＰと同様の方法で構成されるが、図４の実施形態では、図１Ｂの２つのＴＷＣキャビティ１０２の代わりに、２つの金属コームキッカー２１０が含まれることを除く。歯２０２の寸法及びそれらの間の間隔、並びにコーム２００間の間隙は、以下を実現するように選択される：
１）電子が２つのコーム２００間の間隙を横断するのに必要な横方向のキック力を提供する；
２）電子の速度と一致するようにＲＦ波の位相速度を減速する；
３）可能な限り広い周波数範囲にわたって実質的に純粋な進行波を形成するように、伝送線路２１０のインピーダンスを終端インピーダンス（例えば５０オーム）に一致させる。
１）電子が２つのコーム２００間の間隙を横断するのに必要な横方向のキック力を提供する；
２）電子の速度と一致するようにＲＦ波の位相速度を減速する；
３）可能な限り広い周波数範囲にわたって実質的に純粋な進行波を形成するように、伝送線路２１０のインピーダンスを終端インピーダンス（例えば５０オーム）に一致させる。
【0103】
本発明の様々な実施形態では、ＴＷＭＣＳ２１０の外側表面は、銅などの様々な低抵抗金属の任意の組み合わせであり得る。ＴＷＭＣＳのコーム２００は、全体を低抵抗金属から作製することができる、又はコームを別の材料から作製し低抵抗金属でコーティングすることができる。例えば、コームは、銅の表面コーティングが施された固体アルミニウムから作製することができる。１００ＭＨｚ以上の電磁波は、ＴＷＭＣＳコーム２００の導電性表面「表皮」上（浅い「表皮深さ」）だけを伝搬するので、コームが低抵抗金属でコーティングされている限り、例えば３Ｄ印刷プラスチックであっても、ＴＷＭＣＳコーム２００の内部には任意の材料を使用することができる。低抵抗コーティングは、例えば、電気めっき、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によって適用できる。いくつかの実施形態では、ＴＷＭＣＳ２１０は、真空ガス放出を最小限に抑えるように、異種金属の薄層でコーティングされた金属ベース材料を含む。
【0104】
図４を引き続き参照すると、実施形態では、ＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰデバイス４２０に２つのＴＷＭＣＳユニット２１０、２２０が含まれる。第１のＴＷＭＣＳ２１０は、ＤＣ電子ビーム１００がＣＣＡアパーチャ１０４によってチョップされ得るように、ＤＣ電子ビーム１００を変調するキッカーとして使用される。第２のＴＷＭＣＳ２２０は、分散抑制セクションに含まれ、第１のＴＷＭＣＳ２１０の変調動作から生じる、パルスビームの横方向の運動量及び分散（ビームアーチファクト）を抑制するための「ミラー」ＴＷＭＣＳとして使用される。ミラーキッカー２２０は、キッカーＴＷＭＣＳ２１０と比較して、同じ周波数及び振幅で、しかし反対方向に、電子に横方向の力を加えることによって、これらのアーチファクトを抑制する。ＴＷＭＣＳデバイス２１０、２２０の両方は、外部ＲＦ源（図示せず）によって駆動され。外部ＲＦ源は、実施形態では、広い周波数範囲にわたって作動するので、生成される電子パルスの繰返し周波数は、非常に広い範囲にわたって連続的に調整できる。実施形態は、ＴＷＭＣＳデバイス２１０、２２０のそれぞれに印加されるＲＦの相対位相をシフトさせることができる位相シフタを含む。実施形態では、ＲＦ源は振幅も可変であり、それにより、電子パルスのデューティサイクルを別々に調整することが可能である。他の実施形態では、２つのＴＷＭＣＳデバイス２１０、２２０は、互いに位相ロックされているが異なる周波数でＲＦを印加できる別個のＲＦ源によって駆動される。
【0105】
ＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰ ４２０の全ての要素は、残留ガスによる大幅な減衰なしに電子がＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰ４２０を通過できるように、十分に高い真空を提供するように構成された真空チャンバ内に包囲されていることに留意すべきである。
【0106】
図５Ａは、本発明の一実施形態におけるＴＷＭＣＳ２１０の斜視図である。図５Ｂは、ＴＷＭＣＳ２１０の中心面に沿って見た図５Ａの実施形態の斜視断面図である。ＴＷＭＣＳ２１０の、このより詳細な図は真空チャンバ５００を含み、真空チャンバは、キッカー２１０のコーム２００、並びに、そこを通ってＲＦエネルギーがＴＷＭＣＳに入る、近位端にある第１の真空フィードスルー５０２と、そこを通って進行ＲＦ波が抵抗性負荷（図示せず）によって終端されるか又はフィードバック読み取り値として送信される、遠位端にある第２の真空フィードスルー５０４とを取り囲んでいる。
【0107】
図６は、ＴＷＭＣＳを通って伝搬する電磁波の分散曲線（円）６００を示すグラフであり、位相速度（分散曲線の傾き）が、本発明の実施形態では２００ｋｅＶの入力電子ビームと一致するように最適化されている。ＲＦ電磁波の位相速度が、最大約５ＧＨｚの周波数に対して、２００ｋｅＶ電子の電子運動エネルギーに一致していること（グラフ６０２の左下隅の破線）が図から分かる。図に示す例では、位相速度は２．１４×１０8ｍ／ｓ、すなわち光速の６９．１％であり、これは、２００ｋｅＶの電子ビーム運動エネルギーに相当する。
【0108】
図７は、本発明の一実施形態における、ＴＷＭＣＳ－ＥＭＭＰに関する出力電流のシミュレーション結果を時間の関数として提示するグラフである。電流振幅７００は、時間の関数として任意の単位で表されている。ここでは、入力連続ビームは一定である一方で、出力ビームは、ＴＷＭＣＳ ２１０に適用されるＲＦの周波数によって決定される６ＧＨｚの周波数でパルス化される（ＣＣＡ「チョッピングコリメートアパーチャ」は固定されていると想定）。電子パルスの繰返し周波数は、前述したように、ＴＷＭＣＳに適用されるＲＦの周波数の２倍である。
【0109】
図８は、一実施形態においてＣＣＡ１０４のアパーチャプレート１０４上に時間の経過と共にトレースされたリサージュパターンを示し、ＴＷＭＣＳ２１０は、図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、２つの直交するコーム対２００を含み、２つのコーム対２００の駆動周波数は等しくなく、代わりに４：３の周波数比で位相ロックされている。これにより、ＣＣＡアパーチャプレート１０４上に形成される、結果として得られるリサージュパターンは、ＣＣＡアパーチャ１０４の中央開口部を通過するパルス列をもたらし、このパルス列は、２つの駆動周波数の整数分数であるパルス繰返し周波数を有する。このリサージュ構成におけるＴＷＭＣＳの広帯域の性質により、駆動周波数を任意の整数比で選択することが可能になり、それにより、パルス幅とパルス列周波数の連続的に調整可能な範囲を独立に選択することが可能になる。
【0110】
本発明の実施形態は、パルサーに更なる調整能力を提供するように機械的に調整可能である。様々な実施形態では、これらの特徴は、調整可能なアパーチャを有するＣＣＡを含み得る。その最も単純な形態では、アパーチャ１０４は、電子が偏向されていないときに、電子が通過できる開口部を含む障壁である。開口部は、任意のサイズ、及び任意の形状、例えば円形、矩形、又はスリット形状とすることができる。
【0111】
本発明の実施形態は、より精巧なアパーチャを含む。例えば、図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ、一実施形態におけるＣＣＡの正面図及び背面図であり、ＣＣＡは、異なるサイズの複数の開口部が貫通しているスライディングストリップ９００を含む。ストリップ９００を上下に移動させて、下にあるプレートに設けられた、より大きな穴９０２の前に、選択された開口部を配置することにより、アパーチャのサイズを変化させることができる。
【0112】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれスライディングパネル１０００の２つの直交する対を含むＣＣＡの正面図及び背面図であり、この対は、ＣＣＡプレート内の大きな開口部９０２を覆って配置され、互いに近づくように及び離れるように移動して、アパーチャのサイズを連続的に変化させることができる。同様の実施形態では、スライディングパネル１０００は一対のみが設けられて、アパーチャはスリットとして形作られる。これらの実施形態のいくつかでは、例えば図８に示すように、垂直方向及び水平方向への電子ビームの相対的な偏向の程度を調整すると、所与のアパーチャスリット幅に対してパルス幅が調整される。これらの実施形態のいくつかでは、パネル１０００は、ＥＭＭＰの他の部分から電気的に絶縁されており、その結果、ＣＣＡ１０４をビーム電流モニタ及び／又はビーム位置モニタとして使用できる。
【0113】
【0114】
図１２Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、ＴＷＭＣＳ１２１０のコーム１２００のうちの少なくとも１つを、例えば機械的アクチュエータによって、他方に対して位置をシフトさせて、コーム間のスペースを変化させることができ、それにより、進行波位相速度を、例えば、＋／－５００ｋｅＶの運動エネルギー範囲にわたって、入力電子２０４の可変運動エネルギーに一致するように調整することが可能になる。実施形態は、この特徴を、階段状の歯１２０２、又は断面がスムーズなテーパを有する三角形として形作られた歯１２０２を有するコーム１２００と組み合わせており、その結果、コーム１２００間の間隙を調整すると、進行波に提示される歯１２０２の深さが効果的に調整される。
【0115】
同様に、図１２Ｂに示すように、実施形態では、ＴＷＭＣＳ １２１２のコーム１２０４は平行ではない。これらの実施形態のいくつかでは、コーム１２０４は向きが可変であり、その結果、２つのコーム１２０４の間に形成される角度、したがってコーム１２０４間の通路の幅は可変であり、それにより、特別な電磁波モードが励起され、特別なビーム変調パターンが実現される。実施形態では、歯１２０２は矩形ではなく、凹状（図１２Ａに示すように）、凸状（図１２Ｂに示すように）、尖った、面取りされた、又は伝搬ＲＦ波に所望の効果をもたらす任意の形態で形作られ得る。また、ビーム方向に対して直角をなすコーム２００の断面形状は、所与の用途に最も適した任意の形状であり得る。
【0116】
図１３を参照すると、実施形態は、例えば、キッカー２１０への電子ビームの入力部に位置し得る１つ以上の追加のアパーチャ１３００を更に含む。いくつかの実施形態は、１つ以上の磁気又は静電ビームステアリング機能１３０２を含み、これは、例えば、ＴＷＭＣＳキッカー２１０への入力部、ＣＣＡ１０４の出力部、及び／又はパルサー４２０の出力部に配置することができる。
【0117】
図１４Ａを参照すると、いくつかの実施形態は、ＣＣＡ １０４の下流に位置する「ダウン選択」ＴＷＭＣＳ １４００及びダウン選択アパーチャ１４０２を更に含む。図示を簡略にするために、図にはミラーキッカー２２０及び四重極１１２、１１６、１１８などの、ＥＭＭＰのアーチファクト抑制要素は含まれていない。図示した実施形態では、第１のキッカー２１０は、第１のＲＦ周波数Ｆ１でＲＦによって励起され、アパーチャ１０４が、上述したように、横方向変調されたビームをパルスビームに変換する。ダウン選択キッカー１４００は、Ｆ１の分数調波である第２のＲＦ周波数Ｆ２（すなわちＦ１／Ｆ２＝整数）においてＲＦによって励起される。その結果、ダウン選択キッカー１４００は電子パルスの一部を偏向させてビームから外し、それにより、電子パルスの一部はダウン選択アパーチャ１４０２によって遮断されることにより、残っているパルスの数が減少し、その結果、ＴＷＭＣＳキッカー２１０及びＣＣＡ１０４によって決定されるパルス幅が狭くなり、ダウン選択ＴＷＭＣＳ１４００によって決定されるパルス繰返し周波数は遅くなる。
【0118】
図１４Ｂは、図１４Ａの実施形態における２つのキッカー２１０、１４００及び関連するアパーチャ１０４、１４０２の機能を示す２つの曲線１４０４、１４０６を提示する。図示する実施形態では、Ｆ１／Ｆ２＝４である。例えば、Ｆ１＝２ＧＨｚの場合、第１のキッカー２１０及びアパーチャ１０４は、入射電子ビーム２０４をチョップして４ＧＨｚのパルス列（曲線１４０４の黒丸）にする。そして、位相ロックされた分数調波波形がダウン選択ＴＷＭＣＳ １４００に５００ＭＨｚで印加されると、下部の曲線１４０６の黒丸で示すように、ダウン選択ＴＷＭＣＳ １４００内のＲＦが「ゼロ交差」するときに、電子パルスは妨害されることなくダウン選択ＴＷＭＣＳ１４００及びアパーチャ１４０２を通過することになる。しかしながら、ダウン選択ＴＷＭＣＳ １４００内のＲＦ波形の振幅がゼロでない場合、図１４Ｂの下部の曲線１４０６において白丸で示すように、電子パルスは、ビームから横方向に偏向され、ダウン選択アパーチャ１４０２によって遮断されることになる。その結果、ダウン選択ＴＷＭＣＳ１４００の下流において、パルスがアパーチャ１０４から出てくるときに、ビームのパルス繰返し周波数の整数分数である繰返し周波数を有するが、ＴＷＭＣＳキッカー２１０に印加される周波数よりも高いＲＦ Ｆ１周波数に起因する短いパルス幅を有するダウン選択パルス列が得られる。したがって、図１４Ａ及び図１４Ｂは、低い繰返し周波数と短いパルス長とを組み合わせたパルスビームを生成するために使用できる実施形態を示す。
【0119】
例えば、第１のキッカー２１０及びアパーチャ１０４によって生成されたパルスが、２ＧＨｚで励起されたとき、アパーチャ１０４の寸法に依存して、幅が１０ｐｓの幅を有する場合、及びＲＦが５００ＭＨｚでダウン選択ＴＷＭＣＳ１４００に印加される場合、ダウン選択ＴＷＭＣＳ１４００が存在しない場合に得られるであろう４ＧＨｚパルス列と比較すると、１ＧＨｚの「ダウン選択」された１０ｐｓのパルス列になる。
【0120】
図１５を参照すると、本発明の実施形態は、装置の少なくとも１つのＴＷＭＣＳ２１０内の少なくとも１つのコーム対２００ａ、２００ｂにわたって横方向電場を印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含む。横方向電場が存在する場合、電子がＴＷＭＣＳ２１０を通過するときに横方向電場が電子を偏向させるので、電子は電子ビーム２０４から除去される。ビーム２０４と同期して、例えば、適用されたＲＦと同期して、したがって結果として生じるＥＭ進行波と同期して、ピッカーフィールドのオンとオフを切り替えることにより、選択された電子又は電子のグループをビームから除去する一方で、その他のものを通過させることが可能である。
【0121】
図１５の実施形態では、固定ＤＣバイアスが、ＴＷＭＣＳコーム対の１つのコーム２００ａに印加される。図面で「ＤＣバイアスＴ」１５００と称される単純な回路を使用してＤＣバイアスを導入する。バイアスＴ１５００は、そのコーム２００ａに同相ＲＦを印加するＲＦ増幅器１５０２にＤＣバイアスが入ることを防止する直列コンデンサを含み、ＤＣバイアスは、ＤＣバイアス源を同相ＲＦから分離するコイルを介してコーム２００ａに印加される。同相ＲＦは、コンデンサ１５０６を介してコーム２００ａに結合された５０オームの負荷１５０４によって終端され、その結果、コーム２００ａは、ＤＣバイアス源から電流を全く引き出すことなく、ＤＣバイアス電圧に維持される。
【0122】
対２１０の他方のコーム２００ｂは、５０オームの負荷１５０８に直接接続されているので、通常はゼロバイアスに保持される。しかしながら、位相が外れたＲＦを第２のコーム２００ｂに適用するＲＦ増幅器１５１０はまた、ＤＣバイアスＴ １５１２を介してコーム２００ｂに結合され、それにより、ＤＣパルス（ＥＰＰパルス）を第２のコーム２００ｂに印加できる。５０オーム負荷１５０８と第２のコーム２００ｂとの間にＤＣブロックが存在しないので、いくらかの電流がＥＰＰパルス源から引き出されるが、これはＥＰＰパルスの印加中だけである。
【0123】
したがって、図１５の実施形態では、ＥＰＰパルスが存在しない場合、第１のバイアスＴ１５００を介して印加されるＤＣバイアスが、ＴＷＭＣＳ２１０のコーム２００ａ、２００ｂの間に横方向ＤＣ場を生成し、それが電子を偏向させ（１５１４）、電子をビーム２０４から除去する。しかしながら、ＤＣバイアスと同じ振幅に設定されたＥＰＰパルスの印加中に、ＴＷＭＣＳ２１０の両方のコーム２００ａ、２００ｂは同じ電位にあり、その結果、コーム２００ａ、２００ｂの間のＤＣ場は一時的に中立になり、ビーム２０４中の電子は通過できる（１５１６）。
【0124】
したがって、ＥＰＰパルス１５１２は、ＥＰＰパルスが印加されている間だけ電子がビーム２０４内に留まるという点で、電子ゲートパルスとして機能する。実施形態では、ＥＰＰパルスは、１ｋＨｚ以下から１ＭＨｚ以上までの任意の繰返し周波数でＴＷＭＣＳに印加され得る。
【0125】
図１６Ａを参照すると、様々な実施形態では、ＥＰＰパルス１６００は、ビーム１６０２の１つの電子のみが通過することを可能にする狭い幅を有することができる、又は図１６Ｂを参照すると、ＥＰＰパルス１６０４は、所望の数の電子を含む電子バースト１６０６がＴＷＭＣＳを通過することを可能にする任意の長さを有することができる。図１６Ｂでは、ＥＰＰパルス１６０４は、図１６ＡのＥＰＰパルス１６００の２倍の長さである。結果として、図１６Ｂでは、２つの電子の「バースト」１６０６が、ＴＷＭＣＳを通過することが可能であり、一方で、図１６Ａでは、１つの電子１６０２だけが通過することが可能である。実施形態では、ＥＰＰパルスの長さは１００ピコ秒から１０マイクロ秒で可変である。様々な実施形態では、ＥＰＰパルスのタイミングは、例えば、ＴＷＭＣＳ ２１０を駆動するＲＦ信号、及び／又は横断型電子顕微鏡（ＴＥＭ）サンプルのポンピングをトリガーする信号と同期させることができ、その結果、ＴＥＭサンプルの動態像をリアルタイムで取得できる。
【0126】
いくつかの実施形態では、一連のＥＰＰパルスがＴＷＭＣＳに印加され、ＥＰＰパルスの全てが等しい長さであり、間隔が等しい。他の実施形態では、単一のＥＰＰパルスのみが印加され、更に他の実施形態では、ＥＰＰパルス幅及びＥＰＰパルス間の間隔が任意の所望のパターンである一連のＥＰＰパルスが印加される。
【0127】
本発明の実施形態の上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。本提出物のあらゆるページ、及びその全内容は、どのように特徴付けられ、識別され、又は番号付けされていても、本出願における形式又は配置に関係なく、全ての目的のために本出願の実質的部分であると見なされる。
【0128】
この明細書は、網羅的であることを意図するのではない。本出願は限られた数の形態で示されているが、本発明の範囲はこれらの形態にだけに限定されず、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な変更及び修正が適用される。当業者は、前述した明細書に含まれる特許請求される主題に関連する教示を学習した後に、本開示に照らして、多くの修正及び変形が可能であることを理解するはずである。したがって、特許請求される主題は、本明細書において別途記載のない限り又は文脈に明らかに矛盾しない限り、上述した要素の任意の組み合わせを、その全ての可能な変形形態にて含む。特に、以下の従属請求項に示される制限は、従属請求項が互いに論理的に両立しない場合を除き、本開示の範囲から逸脱しない限り、それらの対応する独立請求項を任意の数で及び任意の順序で組み合わせることができる。本発明は以下の適用例としても実現できる。
［適用例１］
電磁機械式パルサー（「ＥＭＭＰ」）であって、
連続入力電子ビームを受け取るように構成された入力部と、
前記入力部の下流に位置する少なくとも１つの進行波金属コームストリップライン（「ＴＷＭＣＳ」）であって、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記電子ビームが通過する内部通路を有し、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記ＴＷＭＣＳを通って伝搬されるＲＦ進行波によって前記ＴＷＭＣＳ内で生成される横方向時間変化電場及び横方向時間変化磁場のうちの少なくとも１つに応じて、振動する横方向偏向を前記電子ビームに与えるように構成され、前記少なくとも１つのＴＷＭＣＳのうちの第１のＴＷＭＣＳは、ＴＷＭＣＳキッカーである、進行波金属コームストリップラインと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの下流に位置するチョッピングコリメートアパーチャ（「ＣＣＡ」）であって、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記電子ビームを遮断し、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、チョップド電子パルス繰返し周波数及びチョップドパルスデューティサイクルを有する、チョップド電子パルスのチョップドストリームにするように構成された、チョッピングコリメートアパーチャと、
電子パルスが、出力パルス繰返し周波数及び出力パルスデューティサイクルを有する、電子パルスの出力ストリームとして、前記ＥＭＭＰから出現することを可能にするように構成された出力部と、
前記ＥＭＭＰの全ての要素を取り囲む真空チャンバであって、残留ガスによる前記電子ビームの大幅な減衰なしに、前記電子ビームが前記ＥＭＭＰを通過することを可能にするのに十分な真空を提供するように構成された、真空チャンバと、を備え、
前記ＴＷＭＣＳの各々は、少なくとも１つの対向するコーム対を含み、
前記コーム対のうちの前記対向するコームの各々がストリップを備え、実質的に同一で等間隔に配置された複数のブロックが前記ストリップから歯として延び、
前記コーム対のうちの前記コームは、歯が内側を向くように間隔を空けて配置され、その結果、前記電子ビームが通過する前記内部通路が前記コーム対の前記歯の間に存在し、
前記コーム対は、前記コームの近位端に近接するＲＦエネルギー入力部と、反対側の前記コームの遠位端に近接するＲＦエネルギー出力部とを含み、
前記コーム対の前記歯は、前記コーム対の前記近位端から前記遠位端に伝搬する進行ＲＦ波の位相速度を制御して、前記位相速度を前記電子ビームの電子速度に一致させるように構成され、
前記コーム対の全ての露出面が導電性である、電磁機械式パルサー。
［適用例２］
適用例１に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含み、前記ＥＰＰパルスの各々が、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記横方向電場は、前記ＥＰＰパルス印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去するように構成されていることを含む、ＥＭＭＰ。
［適用例３］
適用例２に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰは、前記ピッカーＴＷＭＣＳの第１の対向するコーム対の第１のコームに電気バイアスを維持するように構成され、前記ＥＰＰパルスの各々は、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の他方の第２のコームに等しい電気バイアスを印加し、その結果、前記ＥＰＰパルスの各々の印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の両方のコームが、等しい電気バイアスを保持し、それにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対を横断する前記電場が無効になる、ＥＭＭＰ。
［適用例４］
適用例２又は３に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰパルスのパルス繰返し周波数が１ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲にわたって調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例５］
適用例１～４のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、前記ＣＣＡの下流に分散抑制セクションを更に備え、前記分散抑制セクションは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって与えられる前記偏向から生じる電子パルスの前記ストリームの残留分散を抑制するように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例６］
適用例５に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳは、前記分散抑制セクションに含まれる復調ミラーＴＷＭＣＳであり、前記電子ビームは、前記ＣＣＡの下流の前記ミラーＴＷＭＣＳの前記内部通路を通過し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ミラーＴＷＭＣＳを通って伝搬する前記ＲＦ進行波の位相速度を前記電子ビームの速度に一致させる物理的構成を有し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって前記電子ビームに与えられた前記振動する横方向偏向を復調するように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例７］
適用例５又は６に記載のＥＭＭＰであって、前記分散抑制セクションは少なくとも１つの磁気四重極を含む、ＥＭＭＰ。
［適用例８］
適用例１～７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数が、０．１ＧＨｚ～２０ＧＨｚで調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例９］
適用例１～８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスのパルス長が１００ｆｓ～１０ｐｓで調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１０］
適用例１～９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力デューティサイクルが１％～１０％で調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１１］
適用例１～１０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数及び前記出力デューティサイクルが独立して調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１２］
適用例１～１１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、１００～５００ｋｅＶの運動エネルギーを有する入力電子ビームを受け入れるように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１３］
適用例１～１２のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、前記電子ビームが同時に通過する２つの対向するコーム対を含み、前記２つの対向するコーム対は、その第１の対が前記電子ビームを第１の偏向面内で偏向させ、その第２の対が前記電子を前記第１の偏向面と直交する第２の偏向面内で偏向させるように構成され、前記第１の偏向面と前記第２の偏向面との交線が、前記電子ビームが通過する前記内部通路に沿って存在する、ＥＭＭＰ。
［適用例１４］
適用例１～１３のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第３のＴＷＭＣＳがダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳは、前記ＣＣＡの下流に配置され、前記ＣＣＡから出現する電子パルスの前記チョップドストリームから出てくるいくつかのパルスを偏向させることにより、前記出力ストリームの前記出力パルス繰返し周波数を低減させるように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１５］
適用例１４に記載のＥＭＭＰであって、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳの下流に位置するダウン選択アパーチャを更に含む、ＥＭＭＰ。
［適用例１６］
適用例１～１５のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つが、前記コーム対の前記コームの他方に向かって及び離れるように横方向にシフトされ得る、ＥＭＭＰ。
［適用例１７］
適用例１～１６のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記ＲＦエネルギー出力が、終端インピーダンスに接続されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１８］
適用例１～１７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つの向きが、前記コーム対の前記コームの間の角度を調整するように変更され得る、ＥＭＭＰ。
［適用例１９］
適用例１～１８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＣＣＡのアパーチャサイズが機械的に調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例２０］
適用例１～１９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは電気的に絶縁された要素を有するアパーチャを含み、前記要素は、前記アパーチャがビーム位置モニタ及びビーム電流モニタのうちの少なくとも１つとして機能することを可能にする、ＥＭＭＰ。
［適用例２１］
適用例１～２０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記電子ビームの伝搬方向を調整するように構成された少なくとも１つの磁気又は静電ビーム偏向要素を更に備える、ＥＭＭＰ。
［適用例２２］
電子パルスを生成する方法であって、前記方法は、
適用例１～２１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰを提供することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記ＲＦエネルギー入力部にＲＦエネルギーを印加しながら、連続電子ビームが前記ＴＷＭＣＳキッカーを通過することを生じさせることであって、前記ＲＦエネルギーは、進行ＲＦ波が前記ＴＷＭＣＳキッカーを通って伝搬することを生じさせ、前記進行ＲＦ波は、前記電子ビームの電子速度に実質的に等しい位相速度を有し、それにより前記連続電子ビームに空間振動を与える、ことと、
空間的に振動する前記電子ビームが前記ＣＣＡに影響を与えるようにして、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記ＣＣＡが前記電子ビームを遮断するようにし、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数を有する、チョップド電子パルスのストリームにすることと、
前記チョップド電子パルスの幅を、所望のチョップド電子パルス幅に等しくなるように調整するように、前記ＴＷＭＣＳキッカーに印加される前記ＲＦエネルギーの振幅を調整することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーに適用される前記ＲＦエネルギーの周波数を調整して、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数の半分に等しくなるようにすることと、を含む方法。
［適用例２３］
適用例２２に記載の方法であって、前記所望の電子パルス繰返し周波数が１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚであり、前記所望の電子パルス幅が１００ｆｓ～１０ｐｓの範囲にある、方法。
［適用例２４］
適用例２２又は２３に記載の方法であって、前記指定された電子パルスエネルギーは１００ｋｅＶ～５００ｋｅＶである、方法。
［適用例２５］
適用例２２～２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含む、方法。
［適用例２６］
適用例２２～２５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、
前記ＣＣＡは、非円形の形状を有するアパーチャ開口部を含み、
前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記第１のＲＦ振幅と前記第２のＲＦ振幅との差を変化させることにより、前記チョップド電子パルス幅を変化させることと、を更に含む、方法。
［適用例２７］
適用例２２～２６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を含み、前記方法は、前記ピッカーＴＷＭＣＳにＥＰＰパルスを印加することにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記ＥＰＰパルスの印加中に前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去することを更に含む、方法。
［適用例２８］
適用例２２～２７のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳが、前記ＣＣＡの下流に配置されたダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーに第１のＲＦ周波数Ｆ１でＲＦエネルギーを印加することと、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳに第２のＲＦ周波数Ｆ２でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含み、Ｆ１／Ｆ２又はＦ２／Ｆ１のいずれかが整数である、方法。
［適用例１］
電磁機械式パルサー（「ＥＭＭＰ」）であって、
連続入力電子ビームを受け取るように構成された入力部と、
前記入力部の下流に位置する少なくとも１つの進行波金属コームストリップライン（「ＴＷＭＣＳ」）であって、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記電子ビームが通過する内部通路を有し、前記ＴＷＭＣＳの各々は、前記ＴＷＭＣＳを通って伝搬されるＲＦ進行波によって前記ＴＷＭＣＳ内で生成される横方向時間変化電場及び横方向時間変化磁場のうちの少なくとも１つに応じて、振動する横方向偏向を前記電子ビームに与えるように構成され、前記少なくとも１つのＴＷＭＣＳのうちの第１のＴＷＭＣＳは、ＴＷＭＣＳキッカーである、進行波金属コームストリップラインと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの下流に位置するチョッピングコリメートアパーチャ（「ＣＣＡ」）であって、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記電子ビームを遮断し、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、チョップド電子パルス繰返し周波数及びチョップドパルスデューティサイクルを有する、チョップド電子パルスのチョップドストリームにするように構成された、チョッピングコリメートアパーチャと、
電子パルスが、出力パルス繰返し周波数及び出力パルスデューティサイクルを有する、電子パルスの出力ストリームとして、前記ＥＭＭＰから出現することを可能にするように構成された出力部と、
前記ＥＭＭＰの全ての要素を取り囲む真空チャンバであって、残留ガスによる前記電子ビームの大幅な減衰なしに、前記電子ビームが前記ＥＭＭＰを通過することを可能にするのに十分な真空を提供するように構成された、真空チャンバと、を備え、
前記ＴＷＭＣＳの各々は、少なくとも１つの対向するコーム対を含み、
前記コーム対のうちの前記対向するコームの各々がストリップを備え、実質的に同一で等間隔に配置された複数のブロックが前記ストリップから歯として延び、
前記コーム対のうちの前記コームは、歯が内側を向くように間隔を空けて配置され、その結果、前記電子ビームが通過する前記内部通路が前記コーム対の前記歯の間に存在し、
前記コーム対は、前記コームの近位端に近接するＲＦエネルギー入力部と、反対側の前記コームの遠位端に近接するＲＦエネルギー出力部とを含み、
前記コーム対の前記歯は、前記コーム対の前記近位端から前記遠位端に伝搬する進行ＲＦ波の位相速度を制御して、前記位相速度を前記電子ビームの電子速度に一致させるように構成され、
前記コーム対の全ての露出面が導電性である、電磁機械式パルサー。
［適用例２］
適用例１に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を更に含み、前記ＥＰＰパルスの各々が、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記横方向電場は、前記ＥＰＰパルス印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去するように構成されていることを含む、ＥＭＭＰ。
［適用例３］
適用例２に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰは、前記ピッカーＴＷＭＣＳの第１の対向するコーム対の第１のコームに電気バイアスを維持するように構成され、前記ＥＰＰパルスの各々は、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の他方の第２のコームに等しい電気バイアスを印加し、その結果、前記ＥＰＰパルスの各々の印加中に、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対の両方のコームが、等しい電気バイアスを保持し、それにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記第１の対向するコーム対を横断する前記電場が無効になる、ＥＭＭＰ。
［適用例４］
適用例２又は３に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＰＰパルスのパルス繰返し周波数が１ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲にわたって調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例５］
適用例１～４のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、前記ＣＣＡの下流に分散抑制セクションを更に備え、前記分散抑制セクションは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって与えられる前記偏向から生じる電子パルスの前記ストリームの残留分散を抑制するように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例６］
適用例５に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳは、前記分散抑制セクションに含まれる復調ミラーＴＷＭＣＳであり、前記電子ビームは、前記ＣＣＡの下流の前記ミラーＴＷＭＣＳの前記内部通路を通過し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ミラーＴＷＭＣＳを通って伝搬する前記ＲＦ進行波の位相速度を前記電子ビームの速度に一致させる物理的構成を有し、前記ミラーＴＷＭＣＳは、前記ＴＷＭＣＳキッカーによって前記電子ビームに与えられた前記振動する横方向偏向を復調するように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例７］
適用例５又は６に記載のＥＭＭＰであって、前記分散抑制セクションは少なくとも１つの磁気四重極を含む、ＥＭＭＰ。
［適用例８］
適用例１～７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数が、０．１ＧＨｚ～２０ＧＨｚで調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例９］
適用例１～８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスのパルス長が１００ｆｓ～１０ｐｓで調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１０］
適用例１～９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力デューティサイクルが１％～１０％で調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１１］
適用例１～１０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記出力ストリームにおける前記電子パルスの前記出力パルス繰返し周波数及び前記出力デューティサイクルが独立して調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例１２］
適用例１～１１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは、１００～５００ｋｅＶの運動エネルギーを有する入力電子ビームを受け入れるように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１３］
適用例１～１２のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、前記電子ビームが同時に通過する２つの対向するコーム対を含み、前記２つの対向するコーム対は、その第１の対が前記電子ビームを第１の偏向面内で偏向させ、その第２の対が前記電子を前記第１の偏向面と直交する第２の偏向面内で偏向させるように構成され、前記第１の偏向面と前記第２の偏向面との交線が、前記電子ビームが通過する前記内部通路に沿って存在する、ＥＭＭＰ。
［適用例１４］
適用例１～１３のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第３のＴＷＭＣＳがダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳは、前記ＣＣＡの下流に配置され、前記ＣＣＡから出現する電子パルスの前記チョップドストリームから出てくるいくつかのパルスを偏向させることにより、前記出力ストリームの前記出力パルス繰返し周波数を低減させるように構成されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１５］
適用例１４に記載のＥＭＭＰであって、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳの下流に位置するダウン選択アパーチャを更に含む、ＥＭＭＰ。
［適用例１６］
適用例１～１５のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つが、前記コーム対の前記コームの他方に向かって及び離れるように横方向にシフトされ得る、ＥＭＭＰ。
［適用例１７］
適用例１～１６のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記ＲＦエネルギー出力が、終端インピーダンスに接続されている、ＥＭＭＰ。
［適用例１８］
適用例１～１７のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つの、前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つの、前記コームのうちの少なくとも１つの向きが、前記コーム対の前記コームの間の角度を調整するように変更され得る、ＥＭＭＰ。
［適用例１９］
適用例１～１８のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＣＣＡのアパーチャサイズが機械的に調整可能である、ＥＭＭＰ。
［適用例２０］
適用例１～１９のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記ＥＭＭＰは電気的に絶縁された要素を有するアパーチャを含み、前記要素は、前記アパーチャがビーム位置モニタ及びビーム電流モニタのうちの少なくとも１つとして機能することを可能にする、ＥＭＭＰ。
［適用例２１］
適用例１～２０のいずれか一項に記載のＥＭＭＰであって、前記電子ビームの伝搬方向を調整するように構成された少なくとも１つの磁気又は静電ビーム偏向要素を更に備える、ＥＭＭＰ。
［適用例２２］
電子パルスを生成する方法であって、前記方法は、
適用例１～２１のいずれか一項に記載のＥＭＭＰを提供することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記ＲＦエネルギー入力部にＲＦエネルギーを印加しながら、連続電子ビームが前記ＴＷＭＣＳキッカーを通過することを生じさせることであって、前記ＲＦエネルギーは、進行ＲＦ波が前記ＴＷＭＣＳキッカーを通って伝搬することを生じさせ、前記進行ＲＦ波は、前記電子ビームの電子速度に実質的に等しい位相速度を有し、それにより前記連続電子ビームに空間振動を与える、ことと、
空間的に振動する前記電子ビームが前記ＣＣＡに影響を与えるようにして、前記電子ビームの偏向が最大閾値又は最小閾値を超えたときに、前記ＣＣＡが前記電子ビームを遮断するようにし、それにより、前記電子ビームをチョッピングして、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数を有する、チョップド電子パルスのストリームにすることと、
前記チョップド電子パルスの幅を、所望のチョップド電子パルス幅に等しくなるように調整するように、前記ＴＷＭＣＳキッカーに印加される前記ＲＦエネルギーの振幅を調整することと、
前記ＴＷＭＣＳキッカーに適用される前記ＲＦエネルギーの周波数を調整して、所望のチョップド電子パルス繰返し周波数の半分に等しくなるようにすることと、を含む方法。
［適用例２３］
適用例２２に記載の方法であって、前記所望の電子パルス繰返し周波数が１００ＭＨｚ～５０ＧＨｚであり、前記所望の電子パルス幅が１００ｆｓ～１０ｐｓの範囲にある、方法。
［適用例２４］
適用例２２又は２３に記載の方法であって、前記指定された電子パルスエネルギーは１００ｋｅＶ～５００ｋｅＶである、方法。
［適用例２５］
適用例２２～２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２の周波数でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含む、方法。
［適用例２６］
適用例２２～２５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ＴＷＭＣＳキッカーは、２つの直交するコーム対を含み、
前記ＣＣＡは、非円形の形状を有するアパーチャ開口部を含み、
前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第１の対に第１のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記ＴＷＭＣＳキッカーの前記コーム対のうちの第２の対に第２のＲＦ振幅でＲＦエネルギーを印加することと、前記第１のＲＦ振幅と前記第２のＲＦ振幅との差を変化させることにより、前記チョップド電子パルス幅を変化させることと、を更に含む、方法。
［適用例２７］
適用例２２～２６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの少なくとも１つがピッカーＴＷＭＣＳであり、前記ピッカーＴＷＭＣＳは、前記ピッカーＴＷＭＣＳに電子パルスピッカー（ＥＰＰ）パルスを印加するように構成された電子パルスピッカー（ＥＰＰ）を含み、前記方法は、前記ピッカーＴＷＭＣＳにＥＰＰパルスを印加することにより、前記ピッカーＴＷＭＣＳの前記対向するコーム対のうちの少なくとも１つにわたって横方向電場を生成させ、前記ＥＰＰパルスの印加中に前記ピッカーＴＷＭＣＳ内にある電子を偏向させて、偏向された前記電子を前記電子ビームから除去することを更に含む、方法。
［適用例２８］
適用例２２～２７のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＴＷＭＣＳのうちの第２のＴＷＭＣＳが、前記ＣＣＡの下流に配置されたダウン選択ＴＷＭＣＳであり、前記方法は、前記ＴＷＭＣＳキッカーに第１のＲＦ周波数Ｆ１でＲＦエネルギーを印加することと、前記ダウン選択ＴＷＭＣＳに第２のＲＦ周波数Ｆ２でＲＦエネルギーを印加することと、を更に含み、Ｆ１／Ｆ２又はＦ２／Ｆ１のいずれかが整数である、方法。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16A】
【図16B】