[发明专利]一种具有浸没式静电透镜的直流光阴极超快电子枪

说明书

本发明提供一种后置安装的具有浸没式静电透镜的直流光阴极超快电子枪，包括由电场和粒子仿真程序确定的阴极、阳极、静电透镜电极，以及适合后置安装的陶瓷圆盘、细陶瓷柱、静电透镜电极陶瓷支柱、电子枪支架。阴极包括空心圆柱筒、圆形顶面、弧形连接面。阳极包括两面光滑圆盘和背侧的圆柱形凸出，其中心开有通孔。静电透镜电极包括圆形顶面、圆柱形侧面、弧形连接面，其中心开有通孔。圆形顶面中心有圆柱形凸出，该凸出的顶部环面做倒圆角处理。电子枪支架为一双圆盘连接结构，顶部圆盘与细陶瓷柱、陶瓷圆盘相连，阴极固定在陶瓷圆盘上，阳极放置于顶部圆盘中的凹槽内。静电透镜电极固定在陶瓷支柱上，该支柱固定在支架底部圆盘上。

技术领域

本发明属于超快电子衍射领域，尤其涉及一种具有浸没式静电透镜并后置安装的直流光阴极超快电子枪。

背景技术

生物、化学以及材料、信息科学等，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，时间往往在皮秒到飞秒范围，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。直流光阴极电子枪是超快电子衍射技术的核心部分之一，是探针电子源。

为了保证平行度，一般将电子枪的阴极、阳极等部件组合之后固定在一个支架上。然而由于阴极接有负高压电源，支架需要避免尖端、凸出、开孔、边缘、垂直交界等结构，以减少由于真空电场击穿而形成的放电。部分结构尖端（例如开孔的边缘等）非常难以消除，因此支架设计需要进行严格的电场仿真及平滑处理。从避免放电的角度来说，支架距离阴极越远越好，但这样将会造成电子枪体积过大。

由于电子空间排斥力的存在，探针电子脉冲在漂移至样品的过程中会被展宽，径向半径增大，导致电子脉冲的空间分辨率降低。磁透镜可以聚焦电子脉冲，但会导致其内的电子垂直于传播方向发生旋转，产生螺旋路径，不利于超快电子衍射技术中的“阴影法”和“纹影法”的相关应用。静电透镜利用产生的静电场来使电子脉冲聚焦，不会产生螺旋路径。可使用磁透镜和静电透镜联合聚焦以提高超快电子衍射系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种后置安装的具有浸没式静电透镜的直流光阴极超快电子枪，包括由电场和粒子仿真程序结果确定的阴极、阳极、静电透镜电极。

所述阴极为轴对称结构，其底部为一空心圆柱筒，顶部为一类似铃铛结构的球帽结构，所述空心圆柱筒侧面具有电极接孔，所述球帽为轴对称结构，包括顶部的第一圆形顶面和连接所述第一圆形顶面和所述空心圆柱筒侧面的第一弧形连接面。所述阳极为轴对称结构，整体为两表面光滑的圆盘，所述两表面光滑的圆盘背侧中心有第一圆柱形凸出，所述第一圆柱形凸出顶部为一光滑的半球形面，所述阳极中心开有一个 0.2mm直径第一通孔。所述静电透镜电极具有轴对称结构，包第二圆形顶面、圆柱形侧面、连接第二圆形顶面和圆柱形侧面的第二弧形连接面，所述第二圆形顶面中心有第二圆柱形凸出，所述静电透镜电极中心开有一个 4mm直径第二通孔，所述第二圆柱形凸出外侧面与第二通孔内侧面连接的顶部环形面做倒圆角处理获得第三弧形连接面。

根据电子脉冲电脑程序模拟结果，要求电场对称分布，所述电子枪具有特殊保证同轴对称的安装结构，为固定安装上述部件，采用在阳极侧的法兰后置安装，固定部件包括固定所述阴极的陶瓷圆盘和细陶瓷柱，固定所述静电透镜电极的陶瓷支柱，固定上述各部件的电子枪支架。

根据本发明的具有浸没式静电透镜的直流光阴极超快电子枪，优选地，所述陶瓷支柱包括底部圆盘和圆柱，中心开有第三通孔，所述电子枪支架整体为一双圆盘连接结构，所述双圆盘连接结构的顶部圆盘外侧面上开有直径70mm，深1mm圆形凹槽，所述顶部圆盘与细陶瓷柱、陶瓷圆盘相连，所述陶瓷支柱固定于所述双圆盘连接结构的底部圆盘内侧面上，所述阴极固定于所述陶瓷圆盘中心，所述阳极放置于所述圆形凹槽内。