专利名称：电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于飞秒级超快时间分辨技术领域，尤其涉及一种电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置。
背景技术：
时间分辨超快现象正在基础研究、高新技术研究的许多领域展开，以超短电子脉冲快速控制为基础的超快性诊断工具，尤其是变像管条纹相机和超快电子衍射仪在时间分辨超快现象研究中发挥着难以替代的作用。为了提高其时间分辨率，产生IOOfs左右(Ifs=I(T15s)甚至更短脉宽且每个脉冲包含IO3 IO4个电子的超短电子脉冲技术早已被提上日程。然而，此类技术目前仍处于研究阶段而未能进入工程应用中，其瓶颈主要是光电阴极发射光电子初能量弥散和高浓度电子脉冲中显著的空间电荷效应，这两个因素会导致严重的电子脉冲展宽。也正因此，已有相关学者对电子枪系统电子脉冲展宽做了大量的理论 及实验研究，且提出了各种电子脉冲脉宽压缩思路及产生IOOfs量级超短电子脉冲脉宽方法。迄今为止，见诸报刊的超短电子脉冲产生方法大致分为两类一类是采用静电场和(或)静磁场对电子脉冲进行时间域和(或)空间域内的调制，如基于电子脉冲展宽效应分析结果，采用新型电子光学结构电子枪设计(如”S”形及“回”字形)或引入电子脉冲展宽抑制电极等方法以达到压缩电子脉冲的目的；另一类则是采用瞬态调制电场，如基于电子脉冲展宽效应分析结果，利用瞬态调制电场对电子脉冲前后沿电子施以差别性调制以达到产生超短电子脉冲的目的，以及利用强激光场对电子脉冲的质动力学作用从待调制电子脉冲中分离出阿秒量级电子脉冲。以上方法虽然在理论上甚至有些在工程研究中已被证实具有一定的可行性，但遗憾的是，这些方法或者因为其工程实施的可行性较小、或者因为其不能满足变像管条纹相机和超快电子衍射仪等以超短电子脉冲快速控制为基础的超快诊断研究应用领域的相关要求而总存在着应用上的局限性。也正因此，对此类IOOfS量级超短电子脉冲产生方法及相关系统的探索仍在继续。
发明内容针对目前IOOfs量级超短电子脉冲产生方法及相关系统在工程应用方面的局限性，本实用新型提出了电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，利用交变电场对电子脉冲施以差别性能量调制作用以达到压缩电子脉冲脉宽的目的。本实用新型的技术解决方案为电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，以电子脉冲的传输方向建立Z轴，其特殊之处在于包括沿Z轴方向依次设置透射式光电阴极I、交变电场谐振腔3以及直流电源，所述交变电场谐振腔3的一侧设置有阳极栅网4、另一侧设置有调制栅网5，所述直流电源的正极接阳极栅网4，所述直流电源的负极接透射式光电阴极1，所述阳极栅网4和透射式光电阴极I之间为静态均匀轴向加速电场区，所述交变电场谐振腔3中阳极栅网4与调制栅网5之间为电子脉冲能量调制区，所述调制栅网5和目标平面7之间为电子脉冲无场漂移空间，沿Z轴方向设置均匀磁场是，所述电子脉冲能量调制区设置有轴向交变电场。上述触发信号通过信号触发器6在电子脉冲能量调制区内产生轴向交变电场。电子脉冲准线性对称型脉宽压缩方法，其特殊之处在于包括以下步骤I以电子脉冲传输方向建立Z轴且沿Z轴方向设置均匀磁场，且使电子脉冲束传输过程中横向截面保持不变；2在均匀磁场中沿Z轴方向建立静态均匀轴向加速电场区、电子脉冲能量调制区和电子脉冲无场漂移空间；其中静态均匀轴向加速电场区由透射式光电阴极I和阳极栅网4构建，电子脉冲能量调制区由交变电场谐振腔3的阳极栅网4与调制栅网5构建；电子脉冲无场漂移空间由制栅网5和目标平面7构建；3准线性对称型能量调制及脉宽压缩3. I电子脉冲加速通过直流电源为静态均匀轴向加速电场区提供加速电压U，根据电子脉冲的初始能量弥散△ %、初始脉冲宽度为Ttl以及静态均匀轴向加速电场区的宽度Cl1，电子脉冲初始轴向长度Itl及最前沿与最后沿电子的初始速度差Avtl，有如下关系Av0 =+ ( I )
V medI其中n = e/me为电子的荷质比，得到电子脉冲最前沿电子的轴向能量为=0.5meAvQ2，电子脉冲最后沿电子的
轴向能量为e last = 0,已知初始轴向能量为e i的电子脉冲在静态均匀轴向加速电场区的渡越时间为他)=補同，(2)
eu \ me \ me据此可求得电子脉冲到达阳极栅网的脉冲宽度T = tx(efirst)；如果设电子脉冲最前沿处电子渡越静态均匀轴向加速电场区的时间为tmin，则有如下关系Cm = Cid _ — ,(3)同理，电子脉冲最后沿处电子渡越静态均匀轴向加速电场区的时间亦有如下关系成立Cax =Cid + — (4)其中电子脉冲的中间处电子渡越静态均匀轴向加速电场区的时间tmid = (tmin+tmax) /2 ；3. 2调制3.2. I给电子脉冲能量调制区施加轴向交变电场，所述轴向交变电压为Um(t)=-U0Sin (2 t/Tm)，其中交变电压的正方向为Z轴方向,Utl为交变电压峰值，Tm为交变电压周期，t = 0为透射式光阴极产生光电子脉冲的时刻；其中交变电压周期Tm满足以下条件
权利要求1.电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，以电子脉冲的传输方向建立Z轴，其特征在于包括沿Z轴方向依次设置透射式光电阴极(I)、交变电场谐振腔(3)以及直流电源，所述交变电场谐振腔(3)的一侧设置有阳极栅网(4)、另一侧设置有调制栅网(5)， 所述直流电源的正极接阳极栅网(4)，所述直流电源的负极接透射式光电阴极(1)，所述阳极栅网(4)和透射式光电阴极(I)之间为静态均匀轴向加速电场区，所述交变电场谐振腔(3)中阳极栅网(4)与调制栅网(5)之间为电子脉冲能量调制区，所述调制栅网(5)和目标平面(7)之间为电子脉冲无场漂移空间，沿Z轴方向设置均匀磁场所述电子脉冲能量调制区设置有轴向交变电场。
专利摘要本实用新型涉及一种电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，以电子脉冲的传输方向建立Z轴，包括沿Z轴方向依次设置透射式光电阴极、交变电场谐振腔以及直流电源，交变电场谐振腔的一侧设置有阳极栅网、另一侧设置有调制栅网。本实用新型解决了目前100fs量级超短电子脉冲产生方法及相关系统在工程应用方面的局限性问题，提出了电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，利用交变电场对电子脉冲施以差别性能量调制作用以达到压缩电子脉冲脉宽的目的。
文档编号H01J3/02GK202473822SQ20112056068
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘虎林, 徐向晏, 曹希斌, 温文龙, 王超, 田进寿 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所