[发明专利]基于飞秒激光调制的超快电子枪及其验证方法

说明书

本发明公开基于飞秒激光调制的超快电子枪及其验证方法，首创性从改变飞秒激光波形着手，通过对飞秒激光进行调频、分束、干涉等一系列操作以产生脉宽小于10fs的电子脉冲阵列。基于飞秒激光调制的超快电子枪包括：分光镜、第一反光镜、第二反光镜、半透射反射镜、聚焦镜、带孔反射镜、阳极和阴极。本发明超快电子枪结构简单紧凑、设计科学合理，造价低廉、性能稳定、在用于超快电子衍射等泵浦‑探测测量时不会带来同步抖动的问题。

技术领域

本发明涉及超快电子诊断技术领域，具体涉及基于飞秒激光调制的超快电子枪及其验证方法。

背景技术

随着透射电子显微镜(TEM)等技术的发展，人们对原子、分子等物质基本结构的静态图像进行了充分的研究，取得了许多重要的成果。然而世界是动态的，仅仅通过对静态图像的研究尚不足以完全理解自然运行规律。所以人们希望能够对原子、分子尺度的基本物理过程进行直接观测，进而对物理原理进行更深入的研究。于是，超快电子衍射技术(UED)和超快X射线衍射技术(UXD)应运而生，这两种诊断技术具有超高时空分辨能力，可以诊断材料的瞬态晶体结构变化等微观尺度动力学过程。

UED相比UXD具有散射截面大、造价低廉且结构紧凑、适合在实验室建造等特定。作为超快电子衍射技术中的“探针”，电子束的品质对超快电子衍射实验平台的性能至关重要。电子束的脉宽和同步系统的精度共同决定了UED系统的时间分辨率，然而如何得到高亮度超短脉宽电子束至今仍是一个难点问题。根据UED的原理，限制电子脉宽进一步缩短的主要因素是空间电荷效应以及探测光脉宽，在过去的二十年里，人们发展了有许多方法来减小空间电荷效应的影响。例如：尽可能的使阴极靠近样品、减少单个电子束脉冲中的电子数目、提高电子束能量，或者引入射频谐振腔等装置对电子束进行压缩。

经过20多年的努力，超快电子衍射的时间分辨率已经提到了100fs以下，然而如果要直接测量分子键的断裂等更快的动力学过程，仍然需要进一步提高其时间分辨率至10fs以下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供基于飞秒激光调制的超快电子枪及其验证方法，首创性从改变飞秒激光波形着手，通过对飞秒激光进行调频、分束、干涉等一系列操作以产生脉宽小于10fs的电子脉冲阵列。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于飞秒激光调制的超快电子枪，包括分光镜、第一反光镜、第二反光镜、半透射反射镜、聚焦镜、带孔反射镜、阳极和阴极；

所述分光镜倾斜分布并与入射飞秒激光呈一个45°的夹角，所述分光镜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和第二分束激光，其中第一分束激光经过第一反光镜和第二反光镜的延时之后通过半透射反射镜与所述第二分束激光相遇发生干涉；

所述第一反光镜和所述第二反光镜顺序位于所述第一分束激光的光路上，用于增加所述第一分束激光的光程，使得其与所述第二分束激光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和第二反光镜置于精密的平移台上，根据需要调节光程差的大小；

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

所述聚焦镜位于所述入射激光的光路上用于对该入射激光进行聚焦；

所述带孔反射镜位于所述聚焦镜的后端，用于改变聚焦后入射激光的照射光路；