一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机制造技术

本实用新型专利技术专利属于超快诊断领域，具体涉及一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机。该相机包括飞秒激光器、分束镜、紫外光脉冲发生装置、电子枪、磁聚焦装置、偏转系统、荧光屏以及EBCCD相机；飞秒激光器出射的飞秒激光通过分束镜后一束飞秒激光进入紫外激光脉冲发生装置，另一束飞秒激光进入偏转系统；电子枪用于将紫外光脉冲发生装置生成的紫外光脉冲转化为电子脉冲并对电子脉冲进行加速；电子枪和偏转系统之间安装磁聚焦装置；主真空腔室外部正对荧光屏的位置安装EBCCD相机。该条纹相机可以探测非相对论性与相对论性超快电子脉冲的时间特性，分辨率可达几个飞秒的量级。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机
本技术专利属于超快诊断领域，具体涉及一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机。
技术介绍
超快电子的产生、运行轨迹的操纵以及其时间特性的表征是目前超快研究领域的关键技术，而且一般与超快激光技术紧密相关。目前，超快光脉冲已经可以达到亚100fs甚至as的量级，相应的超快电子脉冲也可以压缩到几百fs甚至几fs的量级，然而对具有这种时间精度的电子脉冲的测量仍面临着挑战。尤其是在X射线自由电子激光的种子源、超快电子衍射和电子在原子中的二次散射等实验中，全面了解电子脉冲的时间特性是实验测试的先决条件。因此，实现亚飞秒级电子脉冲时间特性的测量具有重要意义。条纹相机是实现超快电子脉冲表征的重要工具之一，其将一维超快时间信息转换为空间信息，从而反演测得超快光脉冲的时间特性。目前用于超快电子束时间特性测量的条纹相机有：文献【1】涉及一种用于中低能电子(约30keV)脉冲的时间特性测量的条纹相机，其时间分辨率为150fs。偏转系统采用的是毫米级的微小平行偏转板，间距仅为0.5mm，并由脉冲电压激发GaAs光导开关来提供偏转电压。由于GaAs光导开关可承受的脉冲电压的最大值有限，进一步提高这种条纹相机的时间分辨率极其困难。另外，由于其工作在累积模式，时间抖动对其时间分辨率有重要影响。文献【2】涉及一种可用于中能或高能(keV或MeV)电子束时间特性测量的条纹相机，其时间分辨率在单发模式下可以达到亚100fs。该装置采用射频腔(rfcavity)实现对高能电子的偏转，然而射频场与电子脉冲之间的相位抖动问题限制了累积模式下的时间分辨率，一般大于100fs。同时，射频偏转高能电子束利用高功率射频场，需要昂贵复杂的电源驱动系统。因此，在超快电子束时间特性表征领域迫切需要研发一种时间分辨更高、适用范围更广(适用于非相对论性与相对论性电子)、造价更低以及结构更加简单的条纹相机。【1】Acompactstreakcamerafor150fstimeresolvedmeasurementofbrightpulsesinultrafastelectrondiffraction.G.H.Kassier,etal.Rev.Sci.Instrum.81,105103(2010)；【2】rfstreakcamerabasedultrafastrelativisticelectrondiffraction.P.Musumeci,etal.ReviewofScientificInstruments80,013302(2009)；
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本技术提供一种可以探测非相对论性与相对论性(keV到MeV)超快电子脉冲的时间特性，分辨率可达几个飞秒的量级，同时结构简单的太赫兹驱动电子偏转的亚飞秒时间分辨条纹相机。本技术的具体技术方案是：本技术提供了一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机，包括飞秒激光器、分束镜、紫外光脉冲发生装置、电子枪、磁聚焦装置、偏转系统、荧光屏以及相机；飞秒激光器出射的飞秒激光通过分束镜后一束飞秒激光进入紫外激光脉冲发生装置，另一束飞秒激光进入偏转系统；电子枪用于将紫外光脉冲发生装置生成的紫外光脉冲转化为电子脉冲并对电子脉冲进行加速；偏转系统包括太赫兹脉冲发生装置、主真空腔室、荧光屏、准直孔板以及二级天线；主真空腔室前端开设小孔，后端安装荧光屏；主真空腔室从前至后依次安装准直孔板以及二级天线；主真空腔室的侧部开设有第一真空法兰；太赫兹脉冲发生装置将产生的太赫兹脉冲依次通过反射镜、第一真空法兰发送至二级天线的间隙中形成偏转电场；电子枪和偏转系统之间安装磁聚焦装置；主真空腔室外部正对荧光屏的位置安装EBCCD相机。当使用该相机用于表征非相对论性电子时DC电子枪的具体结构包括DC电子枪腔室、第一透镜、阴极组件以及阳极；DC电子枪腔室的前端安装透镜，后端设置阳极；DC电子枪腔室内安装阴极组件；阴极组件和阳极生成加速电场；所述磁聚焦装置为DC枪磁聚焦装置。上阴极组件包括阴极架、金属阴极以及阴极基底；所述金属阴极安装在阴极基底上，阴极基底通过阴极支架安装在DC电子枪腔室内。具体的是：所述阴极基底为蓝宝石或氟化镁。当使用该相机用于表征相对论性超快电子脉冲时电子枪为Rf电子枪；Rf电子枪包括射频腔以及安装在射频腔内壁上的光电阴极；所述磁聚焦装置为RF枪磁聚焦装置。具体来说：太赫兹脉冲发生装置包括沿着沿着飞秒激光脉冲出射的方向依次设置的光栅、第二透镜以及铌酸锂晶体。具体来说：所述紫外光脉冲发生装置包括沿着飞秒激光脉冲出射的方向依次设置的倍频晶体、群速度补偿晶体、零阶双波片、和频晶体以及分光棱镜；所述倍频晶体为厚度0.2mm、切割角29.2°的I类相位匹配BBO晶体；群速度补偿晶体为厚度0.2mm、切割角29.2°的I类相位匹配BBO晶体；和频晶体为厚度0.1mm，切割角44.3°的I类相位匹配BBO晶体。上述二级天线的长度为40μm-80μm，宽为10μm-20μm，间隙为5μm-20μm。本技术优点在于：1、本技术采用紫外光脉冲发生装置、电子枪、磁聚焦装置、偏转系统、荧光屏、EBCCD相机以及太赫兹脉冲发生装置形成的条纹相机可使电子束能量达到keV级或MeV的高能电子束，大幅度提高了检测的飞秒激光脉冲的量级。2、本技术提供的条纹相机采用的太赫兹驱动的二极天线作为偏转系统，偏转系统结构简单，仅改变二极天线的几何结构，共振频率就可以在100GHz到几THz的范围内变化，从而所产生偏转电场的上升时间可在几百飞秒到几皮秒的范围内变化，该条纹相机可探测非相对论性和相对论性(keV和MeV)超快电子束，可在单发模式下表征超快电子束的时间特性，且太赫兹脉冲与电子束具有更好的同步性，时间分辨率可以达到几飞秒量级。附图说明图1为使用DC电子枪太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机结构示意图；图2为太赫兹脉冲产生装置结构示意图；图3为使用RF电子枪太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机结构示意图；图4为紫外光脉冲发生装置结构示意图。附图标记如下：1、飞秒激光脉冲；2、太赫兹脉冲；3、紫外光脉冲；4、第一透镜；5、DC电子枪腔室；6、阴极支架；7、阴极基底；8、金属阴极；9、阳极；10、DC枪磁聚焦装置；11、真空管道；12、主真空腔室；13、准直孔；14、二级天线；15、第一真空法兰；16、荧光屏；17、EBCCD相机；18、反射镜；19、第二真空法兰；20、激光腔室；21、光电阴极；22、射频腔；23、RF枪磁聚焦装置；24、超短电子脉冲；25、光栅；26、第二透镜；27、铌酸锂晶体；28、倍频晶体；29、群速度补偿晶体；30、零阶双波片；31、和频晶体、32、飞秒激光器；33、分束镜、34-紫外激光脉冲发生装置、35-偏转系统、36-太赫兹脉冲发生装置、37-反射镜、38-分光棱镜。具体实施方式下面结合附图对本技术采用两种电子枪的实施例进行详细阐述。实施例1：如图1和图2所示，该条纹相机包括飞秒激光器32、分束镜33、紫外光脉冲发生装置34、DC电子枪、DC枪磁聚焦装置10、偏转系统35、荧光屏16以及EBCCD相机17；飞秒激光器32出射的飞秒激光(a)通过分束镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机，其特征在于：包括飞秒激光器、分束镜、紫外光脉冲发生装置、电子枪、磁聚焦装置、偏转系统、荧光屏以及EBCCD相机；飞秒激光器出射的飞秒激光通过分束镜后一束飞秒激光进入紫外激光脉冲发生装置，另一束飞秒激光进入偏转系统；电子枪用于将紫外光脉冲发生装置生成的紫外光脉冲转化为电子脉冲并对电子脉冲进行加速；偏转系统包括太赫兹脉冲发生装置、反射镜、主真空腔室、荧光屏、准直孔板以及二级天线；主真空腔室前端开设小孔，后端安装荧光屏；主真空腔室从前至后依次安装准直孔板以及二级天线；主真空腔室的侧部开设有第一真空法兰；太赫兹脉冲发生装置将产生的太赫兹脉冲依次通过反射镜、第一真空法兰发送至二级天线的间隙中形成偏转电场；电子枪和偏转系统之间安装磁聚焦装置；主真空腔室外部正对荧光屏的位置安装EBCCD相机。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机，其特征在于：包括飞秒激光器、分束镜、紫外光脉冲发生装置、电子枪、磁聚焦装置、偏转系统、荧光屏以及EBCCD相机；飞秒激光器出射的飞秒激光通过分束镜后一束飞秒激光进入紫外激光脉冲发生装置，另一束飞秒激光进入偏转系统；电子枪用于将紫外光脉冲发生装置生成的紫外光脉冲转化为电子脉冲并对电子脉冲进行加速；偏转系统包括太赫兹脉冲发生装置、反射镜、主真空腔室、荧光屏、准直孔板以及二级天线；主真空腔室前端开设小孔，后端安装荧光屏；主真空腔室从前至后依次安装准直孔板以及二级天线；主真空腔室的侧部开设有第一真空法兰；太赫兹脉冲发生装置将产生的太赫兹脉冲依次通过反射镜、第一真空法兰发送至二级天线的间隙中形成偏转电场；电子枪和偏转系统之间安装磁聚焦装置；主真空腔室外部正对荧光屏的位置安装EBCCD相机。2.根据权利要求1所述的太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机，其特征在于：所述电子枪为DC电子枪；DC电子枪包括DC电子枪腔室、第一透镜、阴极组件以及阳极；DC电子枪腔室的前端安装透镜，后端设置阳极；DC电子枪腔室内安装阴极组件；阴极组件和阳极生成加速电场；所述磁聚焦装置为DC枪磁聚焦装置。3.根据权利要求2所述的太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机，其特征在于：所述阴极组件包括阴极架、...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠丹丹，田进寿，罗端，温文龙，王兴，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61