[发明专利]基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置、方法及系统

说明书

本发明公开了种基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置、方法及系统，利用光栅使目标电子束团辐射产生太赫兹THz脉冲串；利用束团偏转设备对所述目标电子束团进行偏转和压缩处理，以获取经过处理的目标电子束团，并传输至分裂环谐振器；利用光学传输设备将所述THz脉冲串传输至分裂环谐振器；利用所述分裂环谐振器基于所述THz脉冲串的激励在其间隙获取条纹电场，使所述经过处理的目标电子束团在经过其间隙时产生横向的偏转量；利用探测器对所述横向的偏转量进行测量，获取横向束团长度；基于所述横向束团长度获取所述目标电子束团的纵向束团长度。本发明克服了由分裂环谐振器的条纹电场不够强而导致束团长度的测量分辨率受限的问题。

技术领域

本发明涉及核科学与技术领域，并且更具体地，涉及一种基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置、方法及系统。

背景技术

硬X射线自由电子激光、超快电子衍射和超快电子显微的发展为物理、化学、材料、生命科学的超快动力学行为研究提供强有力的手段。其中，电子束团长度是一个重要的指标，决定装备的时间分辨率的性能。因此，准确地测量电子束团长度是超快探测和实验数据分析的基础。

通常应用射频(Radio Frequency，RF)技术，把电子束团的纵向通过RF偏转腔与横向耦合实现纵向长度测量。由于偏转腔的RF激励源的不稳定，导致RF电磁场与待测电子束之间的相位抖动，其时间分辨率仅能达到100fs量级。此外，RF偏转腔本身需要占用束线一部分位置，在紧凑型的装置中很难实现。

近年来，利用THz驱动分裂环谐振器(Split-Ring Resonator,SRR)产生高梯度偏转电场，理论上可实现fs级分辨率的束团长度测量，也得到了初步验证。在该方案中，同一飞秒激光被分为两束，一束通过LiNbO₃晶体产生激励SRR的THz脉冲，另一束则用于照射RF电子枪的光阴极来产生电子束。虽然THz偏转电场和被测电子束来源于同一激光，但是电子束在电子枪中经历RF场加速，不可避免地引入相位抖动，造成不同步，限制测量的分辨率。此外，SRR间隙中THz偏转电场梯度对测量的分辨率有着极大的影响，需要高能量的单脉冲激光来实现高分辨率测量，限制了其应用。

因此，需要一种基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置和方法。

发明内容

本发明提出一种基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置、方法及系统，以解决如何准确地测量电子束团长度的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于分裂环谐振器的电子束团长度测量装置，所述装置包括：光栅、束团偏转设备、光学传输设备、分裂环谐振器和探测器；其中，

所述光栅，和所述束团偏转设备相连接，用于使目标电子束团基于史密斯-帕塞尔效应Smith-Purcell辐射产生太赫兹THz脉冲串；

所述束团偏转设备，和所述分裂环谐振器相连接，用于对所述目标电子束团进行偏转和压缩处理，以获取经过处理的目标电子束团，并传输至所述分裂环谐振器；

所述光学传输设备，分别与所述光栅和分裂环谐振器相连接，用于将所述THz脉冲串传输至所述分裂环谐振器；

所述分裂环谐振器，与所述探测器相连接，用于基于所述THz脉冲串的激励在其间隙获取条纹电场，使所述经过处理的目标电子束团在经过其间隙时产生横向的偏转量；

所述探测器，用于对所述横向的偏转量进行测量，获取横向束团长度，以基于所述横向束团长度获取所述目标电子束团的纵向束团长度。

优选地，其中所述装置还包括：在光栅的腔室出口处配置的滤波片和反射镜；

其中，所述滤波片，用于对所述THz脉冲串进行频率选择，以使得所述THz脉冲串的中心频率与分裂环谐振器的谐振频率一致；