[实用新型]一种行波偏转器前置短磁聚焦飞秒条纹变像管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超快诊断技术设备，尤其涉及飞秒条纹变像管。

背景技术

条纹变像管是一种实现超快瞬态光信号的光电转换、聚焦成像、扫描偏转以及图像增强与处理的超快诊断设备。由于其记录速度极快（理论极限时间分辨率高达10fs，1fs=10^-15s），再加上它具有能使光增强以及从红外到紫外、X射线等不同波段信号探测能力，如今它已成为10^-8～10^-13s范围内超快时间分辨诊断研究领域的主要手段。其主要性能参数为时间分辨率、空间分辨率及动态范围等。源于应用领域的多样性以及需求侧重点的不同，目前条纹变像管也鲜明地呈现出各性能侧重型发展趋势。如，针对量子阱半导体的能量弛豫、飞秒时间量级化学反应动力学以及飞秒激光诊断等诸多超快诊断过程研究，则要求条纹变像管时间分辨性能要达到飞秒量级。另外，由于相关瞬态过程的光信号通常都有相当的强度变化范围，这就要求变像管系统的设计同时也要兼顾动态范围这个指标。

在条纹变像管时间分辨率优化方面，国际上已进行了大量的研究工作。除了系统均采用行波偏转器作为电子束偏转系统这个共同点之外，现有的飞秒条纹变像管设计按照电子聚焦系统的差异可分为两种：静电聚焦型和磁聚焦型。与第一种类型相关的里程碑式研究成果为：1988年A.Finch等人通过采用圆柱对称型静电透镜聚焦的方法，同时也采用了行波偏转器作为电子束偏转系统，将时间分辨率提高到了300fs；2005年美国堪萨斯州大学常增虎课题组采用电四极透镜为聚焦透镜，通过在阳极和偏转板之间设置一个宽度为5微米的狭缝，将时间分辨提高至280fs（积分模式）。与第二种类型相关的里程碑式研究成果为：1994年日本滨松公司通过采用短磁透镜聚焦的方法（磁透镜在行波偏转器之前，也即更靠近光阴极），实现了180fs的时间分辨能力；常增虎于1998年采用短磁聚焦（磁透镜在行波偏转器之后），该短磁聚焦条纹变像管在紫外波段时间分辨率已达540fs，在软X射线波段时间分辨率为880fs。但常增虎指出，将行波偏转器放置在磁聚焦透镜之前，可以缩短光电子从光阴极到偏转器入口之间的飞行时间，从而减少了由光电子初能量弥散及空间电荷效应引起的飞行时间弥散，抑制由空间电荷效应造成的时间展宽，这最终将同时提升管子的时间分辨率、空间分辨率和动态范围。另外，由于磁透镜系统相比静电透镜具有更小的二阶像差系数，因而以前者作为电子聚焦系统在同比条件下可降低系统设计的难度，这使得行波偏转器前置型磁透镜聚焦飞秒条纹变像管设计方案被更多地采用。但截至目前，此类飞秒条纹变像管虽然实现了几百飞秒的较高时间分辨率，但其空间分辨性能和动态范围则很少被涉及。因此，从条纹变像管性能整体优化角度考虑，在高时间分辨条纹变像管的设计中同时兼顾空间分辨和动态范围性能是非常有必要的。

实用新型内容

为解决目前的飞秒条纹变像管只注重时间分辨率的提高而空间分辨率低、动态范围小的技术问题，本实用新型提供了一种行波偏转器前置短磁聚焦飞秒条纹变像管。

本实用新型的技术解决方案是：

一种行波偏转器前置短磁聚焦飞秒条纹变像管，其特殊之处在于：

包括管壳及管壳内沿电子传播方向依次设置的阴极盘、光阴极、阳极、行波偏转器、短磁聚焦透镜、荧光屏，所述光阴极设置在阴极盘上，所述行波偏转器包括一对上下放置的相互平行的蛇形带，所述短磁聚焦透镜包括磁极靴、包裹在磁极靴内的通电螺线管、靠近短磁聚焦透镜入口处的磁极靴狭缝。

上述光阴极与阳极的电位差的范围为-20kV～-10kV；

所述阳极设置为0电位；

所述光阴极和阳极的轴向距离为1～3mm；

所述磁极靴狭缝的尺寸为3～10mm；

所述行波偏转器的蛇形带的宽度为1～5mm；

所述行波偏转器的蛇形带之间的距离为1～2mm；

所述荧光屏位于系统的最佳像面处。

上述阴极盘还包括设置在阴极盘和光阴极之间的外凸台。

上述系统的最佳像面处通过以下方式确定：从光阴极轴上以72.5°仰角发射的电子，在聚焦透镜作用下与系统对称轴交点所在的横向平面。

上述阴极盘的外形状为圆台形；所述阳极为栅网结构。

上述短磁聚焦透镜的入口尺寸小于短磁聚焦透镜的出口尺寸。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型条纹变像管的整体结构有助于提高变相管的时间分辨率、空间分辨率、及动态范围，同时可以降低磁透镜设计上的难度，在保持聚焦效果的前提下亦可缩短系统的轴向长度，为条纹变像管小型化提供了可能性。