[發(fā)明專利]四維電子陰影成像裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210161569.7
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102683146A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱鵬飛;李潤澤;梁文錫;曹建明;張杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01J37/26
• 分類號: H01J37/26;H01J37/27;H01J37/06;G01R29/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子陰影成像，特別是一種時間分辨的四維電子陰影成像裝置，可以提供超高的時間分辨率用于研究瞬態(tài)等離子體或光伏效應(yīng)等具有電磁場瞬變的時空演化過程。具有單發(fā)成像、時間分辨率高、對電磁場信息敏感、信噪比高等優(yōu)勢。

技術(shù)背景

飛秒激光技術(shù)的發(fā)展使得人們可以在更短的時間尺度里研究超快過程，通常采用的方法是光學(xué)泵浦探測技術(shù)。一束光脈沖用于激發(fā)某個過程，另一束同源的激光脈沖則經(jīng)過一定的時間延遲后，作為探針對泵浦光激發(fā)的過程進行探測并被相應(yīng)的設(shè)備記錄下某一類或多類信息。這種全光學(xué)的方法可以提供很高的時間分辨率，但是，由于光子不帶電，因此對樣品的電磁場特性無明顯響應(yīng)，此外，激光在金屬或等離子體等樣品中的穿透深度通常較淺，所以，該方法在探測等離子體超快過程中有很大的局限性，傳統(tǒng)上只能通過光干涉的手段獲得有限的信息。近年來光泵浦-電子束探測技術(shù)的發(fā)展則提供一種非常有效的實驗手段。如文獻1：Centurion?M,?Reckenthaeler?P,?Trushin?S?A,?Krausz?F?and?Fill?E?E,?Nature?Photonics,?2,?315，（2008）；文獻2：Hebeisen?C?T,?Sciaini?G,?Harb?M,?Ernstorfer?R,?Kruglik?S?G?and?Miller?R?J?D,?Physical?Review?B,?78,?081403，（2008）；文獻3：Li?J,?Wang?X,?Chen?Z,?Clinite?R,?Mao?S?S,?Zhu?P,?et?al.,?Journal?of?Applied?Physics,?107,?083305，（2010）.

為了能夠清晰地研究樣品受激光激發(fā)后形成等離子體的演化過程，實現(xiàn)單發(fā)探測就變得尤為重要，因為多發(fā)電子脈沖的累計成像很大程度上會覆蓋較多細(xì)節(jié)信息。然而，單發(fā)實驗中每個探測脈沖的電子數(shù)目相對較少，因而信噪比不易保證。如果為了提高信噪比而增加每個探測脈沖中電子的數(shù)目會導(dǎo)致系統(tǒng)的時間分辨率降低，這是由于電子間庫倫排斥效應(yīng)的增加會引起電子脈沖的展寬。因此，這一技術(shù)依然面臨諸多挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了能夠清晰地研究樣品受激光激發(fā)后形成等離子體的演化過程，提供一種四維電子陰影成像裝置，該裝置是簡便、高效的實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)高達皮秒量級的時間分辨率，特別是具有單發(fā)成像模式，在擁有良好信噪比的同時可以保證高時間分辨率，可通過陰影成像的方法用于研究較大范圍內(nèi)的等離子體在數(shù)百皮秒量級到納秒量級內(nèi)的演化過程。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種四維電子陰影成像裝置，其特點在于該裝置包括：飛秒激光光源、快門、分束鏡、激光三倍頻裝置、平移臺、由半波片、和偏振分光棱鏡構(gòu)成的泵浦光能量調(diào)節(jié)裝置、第一激光伺服反射鏡、第二激光伺服反射鏡、第三激光伺服反射鏡、第四激光伺服反射鏡、第五激光伺服反射鏡、第六激光伺服反射鏡、泵浦光聚焦透鏡、紫外聚焦透鏡、飛秒電子槍及電子姿態(tài)控制系統(tǒng)、五軸樣品調(diào)節(jié)架、電子倍增系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、超高真空腔體和真空泵系統(tǒng)，上述元部件的位置關(guān)系如下：

所述的超高真空腔體的一端由所述的法蘭封裝，另一端與所述的電子倍增系統(tǒng)封裝，所述的飛秒電子槍及電子姿態(tài)控制系統(tǒng)包括飛秒電子槍陰極、飛秒電子槍陽極、第一偏轉(zhuǎn)板、第二偏轉(zhuǎn)板，在所述的超高真空腔體內(nèi)，所述的飛秒電子槍陰極和飛秒電子槍陽極通過硬連接的方式固定在法蘭上，在超高真空腔體中設(shè)有五軸樣品調(diào)整架，該超高真空腔體還設(shè)有多個窗口，其中之一連接所述的真空泵系統(tǒng)，另一窗口是泵浦光入射窗口；?

沿所述的飛秒激光光源的激光前進方向是所述的快門和分束鏡，該分束鏡將所述的飛秒激光光源輸出的飛秒激光分為反射光束和透射光束：

沿所述的反射光束前進方向依次是第二激光伺服反射鏡、激光三倍頻裝置、紫外聚焦透鏡和與所述的超高真空腔體相連的法蘭，自所述的法蘭至所述的電子倍增系統(tǒng)的軸線上依次是所述的飛秒電子槍陰極、飛秒電子槍陽極、第一偏轉(zhuǎn)板、第二偏轉(zhuǎn)板和五軸樣品調(diào)節(jié)架、電子倍增系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)置于超高真空腔體外，所述的法蘭設(shè)有白寶石窗口，所述的陽極有一個小孔，并被覆蓋上金屬柵網(wǎng)，以保證加速電場的均勻性和電子脈沖的可穿透性，在該陽極后方有一個70微米的小孔用于限制電子脈沖束流的橫截面大小，第一偏轉(zhuǎn)板、第二偏轉(zhuǎn)板分別在水平和垂直方向上對電子脈沖的行進方向進行二維調(diào)節(jié)；