[發明專利]一種具有靜電單透鏡的直流超快電子槍

在審

• 申請號: 202110075671.4
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112490100A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李夢超;劉巧;李小菊;陳維;黃駿;王興權;榮垂才;袁壽財;郭勇;盧秀圓
• 申請（專利權）人: 贛南師范大學
• 主分類號: H01J37/065
• 分類號: H01J37/065;H01J37/12;H01J37/295
• 代理公司: 暫無信息
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本發明提供一種具有靜電單透鏡的直流光陰極超快電子槍，包括陰極、陽極、靜電單透鏡電極板、陶瓷支柱、單透鏡支撐環，單透鏡支架等。所述陽極為中心開有通孔、兩表面光滑的圓盤。所述單透鏡電極板為兩表面光滑的雙層盤面結構，包括圓形頂盤和圓形凸出底盤，所述圓形頂盤比圓形凸出底盤直徑大，導致形成一臺階結構。所述靜電單透鏡電極板中心開有通孔，該通孔兩側的圓形邊緣均做倒圓角處理。所述單透鏡支架為雙金屬盤連接結構，其頂部圓盤上表面做光滑處理且中心開有通孔。所述單透鏡支撐環為雙圓環結構，包括頂環和底環，底環內徑比頂環要小，從而在內部產生一臺階結構，支撐環側面開有通孔。

技術領域

本發明屬于超快電子衍射領域，尤其涉及一種利用靜電單透鏡聚焦的直流光陰極超快電子槍。

背景技術

超快電子衍射技術（UED）是一種利用超短脈沖激光實現時間分辨泵浦探測的技術，其原理為利用分光裝置將超短脈沖激光分為兩束，一束用來激發電子槍陰極，產生探針電子，另一束泵浦反應區，通過控制上述兩束激光的光程差而使探針電子提前或者延遲對反應區探測，繼而實現時間分辨測量。超快電子衍射技術得到了長足的發展，透射衍射、表面反射衍射、陰影和紋影成像、超快透射電鏡、超快掃面電鏡等方案逐步涌現，對探測系統的要求也逐步提高。其中陰影和紋影成像方法在等離子體動力學診斷中得到了一定的應用，并有望應用于激光慣性約束核聚變的診斷中。直流光陰極電子槍正是超快電子衍射技術的探針電子源，是該技術的核心部分。

由于電子間排斥力的存在，探針電子脈沖在漂移至樣品的過程中會被展寬，徑向半徑增大，導致空間分辨率降低。磁透鏡可以聚焦電子脈沖，但會導致電子脈沖內的電子垂直于傳播方向發生旋轉，產生螺旋路徑，不利于進行超快電子衍射技術中的陰影和紋影成像。靜電透鏡利用產生的靜電場來使電子脈沖聚焦，不會有螺旋路徑產生。可使用磁透鏡和靜電透鏡聯合聚焦以提高超快電子衍射系統的性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種具有靜電單透鏡的直流光陰極超快電子槍，包括由電場和粒子仿真程序結果確定的陰極、陽極、單透鏡電極板；為固定安裝上述部件還包括陶瓷支柱、單透鏡支撐環、單透鏡支架。

所述陽極為兩表面均光滑的圓盤，所述圓盤中心開有一個 0.2mm直徑第一通孔；所述單透鏡電極板為雙層盤面結構，包括圓形頂盤、圓形凸出底盤，所述圓形頂盤和圓形凸出底盤表面均做光滑處理，所述圓形頂盤比圓形凸出底盤直徑大，從而在所述單透鏡電極板背側形成第一臺階結構，所述單透鏡電極板側面有開孔，所述單透鏡電極板中心開有4mm直徑第二通孔，所述第二通孔兩側圓形邊緣均做倒圓角處理，倒角半徑2mm。

根據電子脈沖電腦程序模擬結果，要求電場對稱分布，所述電子槍具有特殊保證同軸對稱的安裝結構，包括固定所述陰極的陶瓷支柱，固定所述靜電單透鏡電極板的單透鏡支撐環，固定上述陽極、單透鏡電極板和單透鏡支撐環的單透鏡支架。

所述單透鏡支架為雙金屬盤連接結構，所述單透鏡支架的頂部圓盤上表面做光滑處理，所述頂部圓盤中心開有0.2mm直徑第三通孔。所述支撐環為雙圓環結構，所述雙圓環結構包括頂環和底環，所述底環內徑比所述頂環要小，從而在所述支撐環內部產生第二臺階結構，所述支撐環側面開有通孔。

根據本發明的一種具有靜電單透鏡的直流超快電子槍，優選地，所述陽極圓盤直徑80mm、厚1mm，所述單透鏡圓形頂盤直徑70mm，厚2mm，所述單透鏡圓形凸出底盤直徑60mm，厚2mm。所述支撐環頂環外直徑80mm，內直徑70mm，底環外直徑80mm，內直徑60mm。所述單透鏡支架頂部圓盤與底部圓盤外直徑均為80mm。

根據本發明的一種具有靜電單透鏡的直流超快電子槍，優選地，安裝后，所述陽極圓盤背側面距所述單透鏡圓形頂盤表面4mm，所述單透鏡圓形凸出底盤表面距所述單透鏡支架頂部圓盤上表面4mm。

本發明的電子槍固定方式保證了電場均勻對稱分布，確保了電子脈沖加速與匯聚的實現，縮小了裝置體積，方便移植到其他裝置上。靜電單透鏡可以與磁透鏡聯合聚焦使用，空間分辨率的調節變的更加靈活，擴展了實驗功能。