[發明專利]電子脈沖準線性對稱型脈寬壓縮裝置及方法

有效

• 申請號: 201110450585.3
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102496539A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 王超;田進壽;劉虎林;徐向晏;曹希斌;溫文龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01J3/02
• 分類號: H01J3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

技術領域

本發明屬于飛秒級超快時間分辨技術領域，尤其涉及一種電子脈沖準線性對稱型脈寬壓縮裝置及方法。

背景技術

時間分辨超快現象正在基礎研究、高新技術研究的許多領域展開，以超短電子脈沖快速控制為基礎的超快性診斷工具，尤其是變像管條紋相機和超快電子衍射儀在時間分辨超快現象研究中發揮著難以替代的作用。為了提高其時間分辨率，產生100fs左右(1fs＝10^-15s)甚至更短脈寬且每個脈沖包含10³～10⁴個電子的超短電子脈沖技術早已被提上日程。然而，此類技術目前仍處于研究階段而未能進入工程應用中，其瓶頸主要是光電陰極發射光電子初能量彌散和高濃度電子脈沖中顯著的空間電荷效應，這兩個因素會導致嚴重的電子脈沖展寬。也正因此，已有相關學者對電子槍系統電子脈沖展寬做了大量的理論及實驗研究，且提出了各種電子脈沖脈寬壓縮思路及產生100fs量級超短電子脈沖脈寬方法。

迄今為止，見諸報刊的超短電子脈沖產生方法大致分為兩類：一類是采用靜電場和(或)靜磁場對電子脈沖進行時間域和(或)空間域內的調制，如基于電子脈沖展寬效應分析結果，采用新型電子光學結構電子槍設計(如”S”形及“回”字形)或引入電子脈沖展寬抑制電極等方法以達到壓縮電子脈沖的目的；另一類則是采用瞬態調制電場，如基于電子脈沖展寬效應分析結果，利用瞬態調制電場對電子脈沖前后沿電子施以差別性調制以達到產生超短電子脈沖的目的，以及利用強激光場對電子脈沖的質動力學作用從待調制電子脈沖中分離出阿秒量級電子脈沖。以上方法雖然在理論上甚至有些在工程研究中已被證實具有一定的可行性，但遺憾的是，這些方法或者因為其工程實施的可行性較小、或者因為其不能滿足變像管條紋相機和超快電子衍射儀等以超短電子脈沖快速控制為基礎的超快診斷研究應用領域的相關要求而總存在著應用上的局限性。也正因此，對此類100fs量級超短電子脈沖產生方法及相關系統的探索仍在繼續。

發明內容

針對目前100fs量級超短電子脈沖產生方法及相關系統在工程應用方面的局限性，本發明提出了電子脈沖準線性對稱型脈寬壓縮裝置及方法，利用交變電場對電子脈沖施以差別性能量調制作用以達到壓縮電子脈沖脈寬的目的。

本發明的技術解決方案為：

電子脈沖準線性對稱型脈寬壓縮裝置，以電子脈沖的傳輸方向建立Z軸，其特殊之處在于：包括沿Z軸方向依次設置透射式光電陰極1、交變電場諧振腔3以及直流電源，所述交變電場諧振腔3的一側設置有陽極柵網4、另一側設置有調制柵網5，

所述直流電源的正極接陽極柵網4，所述直流電源的負極接透射式光電陰極1，所述陽極柵網4和透射式光電陰極1之間為靜態均勻軸向加速電場區，所述交變電場諧振腔3中陽極柵網4與調制柵網5之間為電子脈沖能量調制區，所述調制柵網5和目標平面7之間為電子脈沖無場漂移空間，沿Z軸方向設置均勻磁場所述電子脈沖能量調制區設置有軸向交變電場。

上述觸發信號通過信號觸發器6在電子脈沖能量調制區內產生軸向交變電場。

電子脈沖準線性對稱型脈寬壓縮方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】以電子脈沖傳輸方向建立Z軸且沿Z軸方向設置均勻磁場，且使電子脈沖束傳輸過程中橫向截面保持不變；

2】在均勻磁場中沿Z軸方向建立靜態均勻軸向加速電場區、電子脈沖能量調制區和電子脈沖無場漂移空間；其中：靜態均勻軸向加速電場區由透射式光電陰極1和陽極柵網4構建，電子脈沖能量調制區由交變電場諧振腔3的陽極柵網4與調制柵網5構建；電子脈沖無場漂移空間由制柵網5和目標平面7構建；

3】準線性對稱型能量調制及脈寬壓縮：

3.1】電子脈沖加速：通過直流電源為靜態均勻軸向加速電場區提供加速電壓U，根據電子脈沖的初始能量彌散Δε₀、初始脈沖寬度為τ₀以及靜態均勻軸向加速電場區的寬度d₁，電子脈沖初始軸向長度l₀及最前沿與最后沿電子的初始速度差Δv₀，有如下關系：