[发明专利]一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子枪

说明书

本发明提供一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子枪，其中，所述光阴极为轴对称结构，包括底部球帽、圆柱形筒、顶部球帽，顶部球帽圆形顶面内侧有圆柱形凹槽，沉积有金属薄膜的载网安装在此凹槽中，并用压块固定。电子枪采用了真空电极重其底部插入的设计，电子枪体积得到缩小；电子枪阴极圆柱形筒内放置激光反射镜，侧面中心开有通光孔，激光入射至阴极内部后被反射镜反射至金属薄膜处。所述栅极为表面光滑圆盘，中心具有一边缘为圆形倒角的通孔，栅极与磁透镜对电子脉冲构成复合聚焦。所述阳极为一中心开有通孔的光滑圆盘。阴极、栅极等通过陶瓷圆环固定到电子枪支架筒上。

技术领域

本发明属于超快电子衍射领域，尤其涉及一种探针尺度、静电场与静磁场复合聚焦、阴极内置反射镜和载网的直流光阴极超快电子枪。

背景技术

无论生物、化学以及材料或信息科学，其最关键的原发机制往往发生在分子或分子以下结构水平，时间均在皮秒到飞秒范围，而皮秒到飞秒过程的超快探测多要借助超短脉冲激光。超快电子衍射技术(UED)正是一种利用超短脉冲激光实现时间分辨泵浦探测的技术。其原理为利用分光装置将超短脉冲激光分为两束，一束用来激发电子枪阴极，产生探针电子，另一束诱导反应区，通过控制两束激光的光程而使探针电子提前或者延迟对反应区探测，继而实现时间分辨测量。直流光阴极电子枪正是超快电子衍射技术的探针电子源，是该技术的核心部分。

一般认为，进行超快探测，反应区距离电子枪阴极越近越好，这是由于电子间存在排斥力，探针电子脉冲在空间漂移过程中会被极大展宽，导致其时间分辨能力显著降低，相关的装置都在努力降低这一距离，并把电子枪和反应区腔室部分做成一体，这也是近期利用该技术诊断激光等离子体的尝试都局限于特定实验装置的原因。想要将直流光阴极电子枪移植到其他装置上比较困难，主要会出现反应区距离电子枪阴极较远而降低时间分辨率的情况。

一般希望探针电子脉冲有较高的空间探测精度，因此需要在其路径上添加汇聚装置对电子脉冲进行汇聚以减小其径向尺度，现阶段多采用磁透镜。然而磁透镜在聚焦的过程中会使电子脉冲沿垂直于其传播方向旋转，不利于有关电子脉冲阴影法和纹影法的相关实验探测。

一般将光阴极材料生长到蓝宝石衬底上，然后将蓝宝衬底安装于电子枪阴极顶部中央处的凹槽内，蓝宝石衬底与阴极的接缝及用来粘接蓝宝石的导电银胶是电子枪放电的主要来源；而且一旦衬底被粘接在电子枪阴极上便不再更换，给光阴极材料的研究带来困难。

为了扩宽直流光阴极电子枪的应用范围，促进其推广，直流光阴极电子枪最好集成于探针尺度，且具有较高的空间分辨，电子枪在高电压下稳定工作，除了静磁场还要有其它聚焦方式，电子产额可控并可保证单次测量和数万次积分测量的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种探针尺度的直流光阴极超快电子枪，包括由电场程序仿真结果确定的阴极、阳极、栅极形状构造；由粒子程序仿真结果确定的磁透镜；采用静电场和静磁场对超快电子脉冲复合聚焦；为避免蓝宝石衬底与阴极的接缝而采用的载网代替蓝宝石，并放置于阴极内部；为进一步降低装置尺寸采用反射镜置于阴极内部，激光从电子枪侧面入射等；其中，

所述阴极为轴对称结构，包括圆柱形筒、底部球帽和顶部球帽；所述圆柱形筒为一空心圆柱，其侧面中心具有通光孔；所述底部球帽为轴对称结构，包括第一圆形顶面、第一圆柱形侧面、连接所述第一圆形顶面和所述第一圆柱形侧面的第一连接面、第二圆柱形侧面、连接第一圆柱形侧面与第二圆柱形侧面的第一环形底面，所述第一圆形顶面中心具有2毫米半径通孔，所述顶部球帽外形与底部球帽相同，轴对称结构，包括第二圆形顶面、第三圆柱形侧面、连接所述第二圆形顶面和所述第三圆柱形侧面的第二连接面、第四圆柱形侧面、连接第三圆柱形侧面与第四圆柱形侧面的第二环形底面，所述第二圆形顶面中心具有100微米半径通孔，所述第二圆形顶面内侧具有用于容纳载网的圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽两侧有两个螺纹孔；