[发明专利]基于飞秒激光调制的超快电子枪及其验证方法

权利要求书

1.基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，包括分光镜(1)、第一反光镜(4)、第二反光镜(5)、半透射反射镜(6)、聚焦镜(8)、带孔反射镜(9)、阳极(10)和阴极(11)；

所述分光镜(1)倾斜分布并与入射飞秒激光呈一个45°的夹角，所述分光镜(1)置于飞秒激光的光路上用于将该飞秒激光分成相互垂直的第一分束激光(2)和第二分束激光(3)，其中第一分束激光(2)经过第一反光镜(4)和第二反光镜(5)的延时之后通过半透射反射镜(6)与所述第二分束激光(3)相遇发生干涉；

所述第一反光镜(4)和所述第二反光镜(5)顺序位于所述第一分束激光(2)的光路上，用于增加所述第一分束激光(2)的光程，使得其与所述第二分束激光(3)之间产生一定光程差，从而在两束光之间产生时间差，可将所述第一反光镜(4)和第二反光镜(5)置于精密的平移台上，根据需要调节光程差的大小；

所述半透射反射镜(6)位于所述第二分束激光(3)与经过所述第二反光镜(5)反射后再次水平照射的第一分束激光(2)相遇处，使得所述第二分束激光(3)和经过所述第二反光镜(5)反射后的第一分束激光(2)重合从而使得两束激光进行干涉调制成入射激光(7)；

所述聚焦镜(8)位于所述入射激光(7)的光路上用于对该入射激光(7)进行聚焦；

所述带孔反射镜(9)位于所述聚焦镜(8)的后端，用于改变聚焦后入射激光(7)的照射光路；

所述阳极(10)和所述阴极(11)间隔相对分布，所述阳极(10)和所述阴极(11)之间加载有高压工作电压，所述阴极(11)位于经过所述带孔反射镜(9)改变照射方向后的入射激光(7)的聚焦点上，所述入射激光(7)经过所述带孔反射镜(9)反射至所述阳极(10)上并穿过该阳极(10)，打在所述阴极(11)通过光电效应产生光电子，之后光电子在所述阳极(10)和所述阴极(11)之间的工作电压下加速为能量为20-300keV且脉宽小于10fs的电子脉冲阵列，该电子脉冲阵列依次经过所述阳极(10)和所述带孔反射镜(9)打出。

2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述带孔反射镜(9)、所述阳极(10)、所述阴极(11)和所述电子脉冲阵列均处于真空环境中，并且该真空环境的真空度优于10^-5Pa。

3.根据权利要求2所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述阳极(10)的中央开设有贯穿孔，该贯穿孔的直径为0.05-0.5mm，该贯穿孔用于限制电子脉冲阵列的束斑大小。

4.根据权利要求3所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述阳极(10)和所述阴极(11)之间加载的工作电压为20-300kV。

5.根据权利要求4所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述阳极(10)和所述阴极(11)之间的间距为2-40mm。

6.根据权利要求5所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述飞秒激光总波函数可以表示不同频率光子的波函数的和，根据量子力学，该飞秒激光的激光波函数的表达式为：

7.根据权利要求6所述的基于飞秒激光调制的超快电子枪，其特征在于，所述入射激光(7)打在所述阴极(11)上产生脉宽小于10fs电子脉冲阵列的几率ρ为：

其中，|m、|i、|e分别为所述阴极的分子或原子的波函数、被激光电离后的离子波函数以及光电子波函数，和分别为所述第一分束激光(2)和所述第二分束激光(3)的波函数，Δt为所述第一分束激光(2)和所述第二分束激光(3)之间的时间延迟，α和β均为常数。