[发明专利]电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置及方法

权利要求书

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(1)、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(1)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。

2.根据权利要求书1所述的电子脉冲准线性对称型脉宽压缩装置，其特征在于：所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。

3.电子脉冲准线性对称型脉宽压缩方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】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(1)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：

3.1】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Δε₀、初始脉冲宽度为τ₀以及静态均匀轴向加速电场区的宽度d₁，电子脉冲初始轴向长度l₀及最前沿与最后沿电子的初始速度差Δv₀，有如下关系：

Δv0=2Δϵ0me+ηUτ0di.---(1)]]>

其中η＝e/m_e为电子的荷质比，

得到：电子脉冲最前沿电子的轴向能量为电子脉冲最后沿电子的轴向能量为ε_last＝0，

已知初始轴向能量为ε_i的电子脉冲在静态均匀轴向加速电场区的渡越时间为：

t1(ϵi)=med1eU[2(ϵi+eU)me-2ϵime],---(2)]]>

据此可求得电子脉冲到达阳极栅网的脉冲宽度τ＝t₁(ε_last)-t₁(ε_first)；

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t_min，则有如下关系：

tmin=tmid-τ2,---(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t_max亦有如下关系成立：

tmax=tmid+τ2.---(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：

t_mid＝(t_min+t_max)/2；

3.2】调制：

3.2.1】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U_m(t)＝-U₀sin(2πt/T_m)，其中交变电压的正方向为Z轴方向，U₀为交变电压峰值，T_m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T_m满足以下条件：

tmid=(n+12)Tm,---(5)]]>

tmin≥(n+512)Tm.---(6)]]>

其中n为正整数，

根据(5)和(6)得到：n≤6tmin-5tmid12(tmid-tmin),]]>

3.3】脉冲压缩幅度计算：

在满足调制电压周期T_m的条件下，电子脉冲从电子脉冲能量调制区出口处到目标平面的电子脉冲最前沿脉宽压缩幅度为：

Δtfirst=LUm(tmin)2U12ηU,---(7)]]>

电子脉冲从电子脉冲能量调制区出口处到目标平面的脉冲电子的最后沿电子的压缩幅度为：

Δtlast=LUm(tmax)2U12ηU,---(8)]]>

电子脉冲从电子脉冲能量调制区出口处到目标平面的脉冲电子的整体压缩幅度为：

Δt＝Δt_last-Δt_first.                                (9)

Δt＝2Δt_last.                                        (10)