[發明專利]一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法

有效

• 申請號: 201410446840.0
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104330430B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 朱瑞;徐軍;張家森;俞大鵬;李雪梅;張敬民;陳莉;安辰杰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N23/227
• 分類號: G01N23/227
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

1.一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置，其特征在于，所述評測裝置包括：真空腔室、真空抽氣系統、真空度測量系統、光陰極組件、電源系統、光電子成像系統、數據采集系統、激光激發系統以及聚焦面鏡；其中，真空腔室的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統和真空度測量系統；在真空腔室表面分別設置有機械安裝法蘭口和供電連接法蘭口，光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，并安裝在其內部的連接固定架上，在供電連接法蘭口內設置有多個電極，電極的一端在真空腔室內，連接至光陰極組件，電極的另一端在真空腔室外部，與電源系統相連接；在真空腔室的表面與光陰極組件相對，通過觀察窗法蘭口安裝光電子成像系統；在真空腔室內設置聚焦面鏡，聚焦面鏡的焦點位于光陰極組件中的光陰極材料的表面；在真空腔室的表面設置有激光入射法蘭口，安裝透明的材料形成入射窗口，位于真空腔室外的激光激發系統發出激光束通過入射窗口入射到聚焦面鏡上反射，反射后匯聚到焦點；通過改變激光束的入射位置，調整入射至光陰極材料表面的角度。?

2.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，所述光陰極組件包括：光陰極材料、陽極、光陰極材料固定架和陽極固定架；其中，陽極為金屬柵網結構，設置在陽極固定架上；光陰極材料設置在光陰極材料固定架上，光陰極材料固定架采用介電材料；光陰極材料固定架和陽極固定架分別通過連接件連接至真空腔室內部的連接固定架上，從而將光陰極組件安裝在真空腔室內。?

3.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，所述激光激發系統包括激光器、反射鏡和位移裝置，激光器發出激光束至反射鏡，反射鏡安裝在位移裝置上，由位移裝置帶動反射鏡移動，從而帶動激光束光路移動，實現激光束的入射位置連續變化。?

4.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，所述光電子成像系統包括透明的觀察窗、熒光屏和圖像采集裝置；觀察窗通過觀察窗法蘭口安裝在真空腔室的表面；熒光屏通過安裝架安裝在觀察窗的內側；圖像采集裝置通過安裝架安裝在觀察窗的外側。?

5.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，所述數據采集系統通過在真空腔室表面的數據采集法蘭口與真空腔室連接，包括真空機械傳動桿、位置調節架、引線電極、法拉第杯、電流表和計算機；其中，通過數據采集法蘭口安裝真空機械傳動桿，真空機械傳動桿的一端位于真空腔室內，連接位置調節架，在位置調節加上安裝法拉第杯；真空機械傳動桿的另一端位于真空腔室外，通過在真空腔室的外部操作真空機械傳動桿，調控位置調節架的位移；數據采集法蘭口內設置有引線電極，引線電極的一端在真空腔室內，與固定在法拉第杯尾部的金屬導線連接；引線電極的另一端在真空腔室外，連接至真空腔室外部的電流表，電流表連接至計算機。?

6.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，進一步包括多個固定激光入射法蘭口，在真空腔室的表面，呈規律性間隔分布，在每一個固定激光入射法蘭口內安裝有透明的材料形成窗口。?

7.如權利要求1所述的評測裝置，其特征在于，所述聚焦面鏡采用旋轉拋物面反射鏡，光陰極組件中的光陰極材料的表面平行于旋轉拋物面反射鏡的旋轉對稱軸，位于真空腔室外的激光激發系統發出激光束通過入射窗口平行于光陰極材料的表面入射到旋轉拋物面反射鏡上，反射至焦點處的光陰極材料的表面。?

8.一種光陰極材料光電子發射性能的評測方法，其特征在于，所述評測方法包括以下步驟：?

1)將預測量的光陰極材料通過光陰極材料固定架安裝到光陰極組件中，再將光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，并安裝在其內部的連接固定架上，最后將機械安裝法蘭口與真空腔室連接固定；?

2)用導電連接線將電源系統與供電連接法蘭口的真空腔室外部電極對應連接好，為光陰極組件中的光陰極材料提供陰極電壓，并將陽極接地，利用導電連接線將真空腔室的表面接地；?

3)啟動真空腔抽氣系統，對超高真空腔室內部抽真空，同時，通過真空度測量系統實時測量超高真空內的真空度；?

4)當真空腔的真空度優于5×10^-9τ時，打開電源系統向光陰極材料供電，使光陰極材料的表面與陽極之間產生均勻電場，緩慢加載陰極電壓，最后使得電場強度達到兆伏特每米量級；?

5)打開激光激發系統產生激光束，并適當調節光路，使激光束入射至預測量的光陰極材料的表面，此時，光陰極材料產生光電子發射，在電場的作用下，光電子將穿越陽極的金屬柵網結構的網孔，經過真空腔室的等電勢自由場，轟擊到對面的熒光屏上或法拉第杯中，分別形成光電子橫向分布圖像，即熒光屏上的橫向位置代表光陰極材料發射光電子的橫向分布，或測量得到總光電子發射束流；?

6)通過調整激光束的入射位置，改變入射至聚焦面鏡的位置，從而改變入射角度，并通過調整激光光束的波長和偏振態，在不同的測量條件下利用圖像采集裝置記錄光電子橫向分布圖像，利用法拉第杯測量總光電子發射束流，通過光電子橫向分布圖像，得到光電子角分布數據；再利用電場參數推演得到光電子橫向動量分布數據以及熱發射度數據；進而利用總光電子發射束流參數推演得到光電子發射亮度數據，由此，可以在不同激光入射角度、不同激光波長、不同激光偏振態測量條件下，測量得到總光電?子發射束流、光電子角分布、光電子橫向動量分布以及由上述參數推演得到的亮度和熱發射度；?

7)光陰極材料的光電子發射性能參數測量完成后，緩慢降低陰極電壓，最后關閉向光陰極材料提供陰極電壓的電源系統。?