[發明專利]一種行波偏轉器前置短磁聚焦飛秒條紋變像管

無效

• 申請號: 201210575462.7
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103035462A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 田進壽;趙衛;王超;李昊;徐向晏;曹希斌;盧裕;王俊鋒;白永林
• 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: H01J31/50
• 分類號: H01J31/50;H01J29/70;H01J29/64;H01J29/02;H01J29/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種超快診斷技術設備，尤其涉及飛秒條紋變像管。

背景技術

條紋變像管是一種實現超快瞬態光信號的光電轉換、聚焦成像、掃描偏轉以及圖像增強與處理的超快診斷設備。由于其記錄速度極快（理論極限時間分辨率高達10fs，1fs=10^-15s），再加上它具有能使光增強以及從紅外到紫外、X射線等不同波段信號探測能力，如今它已成為10^-8～10^-13s范圍內超快時間分辨診斷研究領域的主要手段。其主要性能參數為時間分辨率、空間分辨率及動態范圍等。源于應用領域的多樣性以及需求側重點的不同，目前條紋變像管也鮮明地呈現出各性能側重型發展趨勢。如，針對量子阱半導體的能量弛豫、飛秒時間量級化學反應動力學以及飛秒激光診斷等諸多超快診斷過程研究，則要求條紋變像管時間分辨性能要達到飛秒量級。另外，由于相關瞬態過程的光信號通常都有相當的強度變化范圍，這就要求變像管系統的設計同時也要兼顧動態范圍這個指標。

在條紋變像管時間分辨率優化方面，國際上已進行了大量的研究工作。除了系統均采用行波偏轉器作為電子束偏轉系統這個共同點之外，現有的飛秒條紋變像管設計按照電子聚焦系統的差異可分為兩種：靜電聚焦型和磁聚焦型。與第一種類型相關的里程碑式研究成果為：1988年A.Finch等人通過采用圓柱對稱型靜電透鏡聚焦的方法，同時也采用了行波偏轉器作為電子束偏轉系統，將時間分辨率提高到了300fs；2005年美國堪薩斯州大學常增虎課題組采用電四極透鏡為聚焦透鏡，通過在陽極和偏轉板之間設置一個寬度為5微米的狹縫，將時間分辨提高至280fs（積分模式）。與第二種類型相關的里程碑式研究成果為：1994年日本濱松公司通過采用短磁透鏡聚焦的方法（磁透鏡在行波偏轉器之前，也即更靠近光陰極），實現了180fs的時間分辨能力；常增虎于1998年采用短磁聚焦（磁透鏡在行波偏轉器之后），該短磁聚焦條紋變像管在紫外波段時間分辨率已達540fs，在軟X射線波段時間分辨率為880fs。但常增虎指出，將行波偏轉器放置在磁聚焦透鏡之前，可以縮短光電子從光陰極到偏轉器入口之間的飛行時間，從而減少了由光電子初能量彌散及空間電荷效應引起的飛行時間彌散，抑制由空間電荷效應造成的時間展寬，這最終將同時提升管子的時間分辨率、空間分辨率和動態范圍。另外，由于磁透鏡系統相比靜電透鏡具有更小的二階像差系數，因而以前者作為電子聚焦系統在同比條件下可降低系統設計的難度，這使得行波偏轉器前置型磁透鏡聚焦飛秒條紋變像管設計方案被更多地采用。但截至目前，此類飛秒條紋變像管雖然實現了幾百飛秒的較高時間分辨率，但其空間分辨性能和動態范圍則很少被涉及。因此，從條紋變像管性能整體優化角度考慮，在高時間分辨條紋變像管的設計中同時兼顧空間分辨和動態范圍性能是非常有必要的。

發明內容

為解決目前的飛秒條紋變像管只注重時間分辨率的提高而空間分辨率低、動態范圍小的技術問題，本發明提供了一種行波偏轉器前置短磁聚焦飛秒條紋變像管。

本發明的技術解決方案是：

一種行波偏轉器前置短磁聚焦飛秒條紋變像管，其特殊之處在于：

包括管殼及管殼內沿電子傳播方向依次設置的陰極盤、光陰極、陽極、行波偏轉器、短磁聚焦透鏡、熒光屏，所述光陰極設置在陰極盤上，所述行波偏轉器包括一對上下放置的相互平行的蛇形帶，所述短磁聚焦透鏡包括磁極靴、包裹在磁極靴內的通電螺線管、靠近短磁聚焦透鏡入口處的磁極靴狹縫。

上述光陰極與陽極的電位差的范圍為-20kV~-10kV；

所述陽極設置為0電位；

所述光陰極和陽極的軸向距離為1～3mm；

所述磁極靴狹縫的尺寸為3～10mm；

所述行波偏轉器的蛇形帶的寬度為1～5mm；

所述行波偏轉器的蛇形帶之間的距離為1～2mm；

所述熒光屏位于系統的最佳像面處。

上述陰極盤還包括設置在陰極盤和光陰極之間的外凸臺。

上述系統的最佳像面處通過以下方式確定：從光陰極軸上以72.5°仰角發射的電子，在聚焦透鏡作用下與系統對稱軸交點所在的橫向平面。

上述陰極盤的外形狀為圓臺形；所述陽極為柵網結構。

上述短磁聚焦透鏡的入口尺寸小于短磁聚焦透鏡的出口尺寸。

本發明具有如下優點：

1、本發明條紋變像管的整體結構有助于提高變相管的時間分辨率、空間分辨率、及動態范圍，同時可以降低磁透鏡設計上的難度，在保持聚焦效果的前提下亦可縮短系統的軸向長度，為條紋變像管小型化提供了可能性。