超快电子衍射系统的理论与实验研究

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	超快电子衍射系统的理论与实验研究
	吴建军
学位类型	博士
导师	赵宝升
	2006-09-25
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所
学位专业	物理电子学
关键词	飞秒激光超快电子衍射（ued）光电阴极磁聚焦偏转扫描微通道板（mcp）时间分辨率空间分辨率
摘要	本文介绍了一种最新研制的具有较高时间和空间分辨能力的超快电子衍射系统，该系统利用超短电子脉冲进行皮秒或飞秒量级的电子衍射来研究物质的结构相变，是研究微晶、表面、薄膜等的结构动力学过程的先进手段。我们研制的超快电子衍射系统由超短脉冲激光器、短磁聚焦电子枪、样品室、探测衍射图案的双MCP探测器、测量电子脉宽的同步扫描电路、图像读出系统及超高真空系统等组成。本论文主要涉及以下几个方面的内容： 超快电子衍射系统的理论研究，主要内容有扫描状态下电子束偏转距离的计算公式的推导，并由此得出一套测量、计算电子束脉宽的方法；在这套公式的指导下，分析了测量电子束脉宽时的同步过程，相关的结论对于动态扫描实验过程具有一定的指导意义。 介绍了I代和II代超快电子衍射系统的电子光学设计过程，包括光电子发射过程的抽样；电子枪内电场、磁场的计算；电子运动轨迹的追踪；电子束的飞行时间、空间位置、以及角度等的分布的计算。通过计算得到了超快电子衍射系统的物像关系，以作为超快电子枪设计的基础。对阴极的面型做了理论分析，发现阴极表面发射点附近的电场对克服光电子初始能量弥散至关重要，提出了一种简单易行的改进超快电子枪时间分辨的方法。 介绍了I代和II代超快电子衍射系统的设计和研制过程，包括光电阴极、磁聚焦系统、静电偏转扫描系统、电子图像增强系统、真空系统、控制系统的设计，以及对超快扫描电路的介绍和超快扫描电路的测试结论等，对I代和II代系统的参数进行了比较。 介绍了超快电子衍射系统的调试过程及部分参数的测试，结果显示电子束斑可以被聚焦到100um，x和y方向的偏转灵敏度分别可以达到26.8mm/kV和49.2mm/kV，电子束的发散角小于1.1mrad。我们所研制的超快电子衍射系统，具有如下特点：  在国内首次提出对具有高时空分辨能力的飞秒电子衍射系统的研究，该项目的开展对我国超短电子脉冲技术及光物理等学科的发展具有重要意义；  首次将阴极和栅极之间的加速电压提高到50~60kV，将阴极和栅极之间的加速电场提高到10kV/mm，加速电压的提高减少了光电子在电子枪中的飞行时间，而加速电场的提高极大的减小了光电子在阴栅极之间的时间弥散，有效的提高了电子衍射系统的时间分辨率。解决了光电阴极和栅网的耐高电压和高电场问题；  在栅网后增加100um的阳极小孔对光电子进行整形，以提高系统的时空分辨率和动态范围，减小电子束在靶材料上的入射角度，增大电子束的焦深，从而使得更深入地研究样品材料内部原子的运动状态成为可能；  采用银光电阴极来提高光电子发射的量子效率，采用磁聚焦透镜来提高系统的时间分辨率。
学科领域	物理电子学
页数	133
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/11956
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	吴建军. 超快电子衍射系统的理论与实验研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所,2006.

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