一种静电聚焦飞秒条纹变相管制造技术

本发明专利技术设计了一种采用静电聚焦的飞秒条纹变相管，该变相管阴极１为圆板形；栅极２的主体部分为圆筒形，其端部设置有一个外凸台２１，外凸台２１上设置有栅网；聚焦电极３采用圆筒形结构；阳极４靠近聚焦电极３的一端为碗状结构，碗状结构的小端面上设置有中心圆孔４３，其靠近偏转板５的一端为圆筒状结构；偏转板５为一对倾斜放置的带状平板；栅极２的主体部分直径与聚焦电极３的直径之比为１．１～２．８。通过采用上述结构，并利用Ｍｏｎｔｅ　　Ｃａｒｌｏ方法进行抽样，用有限差分法计算电场分布，用四阶龙格－库塔法模拟跟踪大量光电子的运行轨迹并进行统计分析，最终给出了变相管的空间调制传递函数、时间分辨能力等基本参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种飞秒条纹变相管，尤其涉及一种静电聚焦飞秒条纹变相管。
技术介绍
条纹变相管时间分辨能力的理论极限是10fs，多年以来人们一直在向这个方向奋斗。国外在提高时间分辨方面有了显著的进展日本滨松公司和俄罗斯科学院普通物理研究所已经研制功时间分辨能力为200fs的变相管。美国堪萨斯大学常增虎课题组通过在阳极和偏转板之间放置一个宽度为5μm狭缝，将静电聚焦的变相管的时间分辨提高到280fs(积分模式)，并且开展了时间分辨为100fs的变相管的研究工作。除了时间分辨能力以外，变相管的其它性能指标也在不断地提高，日本变相管的动态范围可以高达10000∶1，同步扫描的频率可以高达175MHz，俄罗斯变相管空间分辨能力可以达到40lp/mm。其次便是变相管光谱响应范围的扩展波长为5～75μm的远红外变相管已经问世，其时间分辨能力达到700fs。俄罗斯开展了离子(质子或α粒子)变相管的研究(光电阴极用CsI)，时间分辨率为7ps，空间分辨率为70微米，同时也研制成功中子变相管探测器(聚乙烯膜上镀CsI)。时间分辨率30ps，空间分辨率100微米；变相管的超小型化也取得了很大的进展，且可以运用于激光雷达成像技术上，另外，关于变相管的新技术、新方法不断涌现例如阿秒变相管、各向异性聚焦变相管、大输入画面变相管、射频圆扫描变相管等。在国内，常增虎于1998年采用短磁聚焦替代静电聚焦的方法，将行波偏转器放置在短磁聚焦透镜之前，减少了光电子从阳极到偏转板入口之间的飞行时间，因而减少了由光电子初能量分散及空间电荷效应引起的飞行时间弥散，减小了由空间电荷效应造成的时间展宽；在保证物理时间分辨率和大动态范围的同时，提高变相管的动态偏转灵敏度和空间分辨率，从而有利于提高技术时间分辨率。该短磁聚焦条纹变相管在紫外波段时间分辨率已达540fs，在软X-射线波段时间分辨率为880fs。但是短磁聚焦条纹变相管对磁透镜激磁电流的稳定性要求很高，激磁电流发生微小的改变，就会造成像面前后漂移，但是很难做到满足要求的激磁恒流源，因此开发静电聚焦的高时间分辨率条纹变相管则具有更现实的实用价值。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种高时间分辨率、高空间分辨率的静电聚焦飞秒条纹变相管，其一方面解决了国内现有短磁聚焦条纹变相管像面不稳定的技术问题，另一方面解决了传统静电聚焦条纹变相管时间分辨率低的技术问题。 本专利技术的技术解决方案是一种静电聚焦飞秒条纹变相管，包括阴极1、栅极2、聚焦电极3、阳极4、偏转板5和荧光屏6，其特殊之处是，所述阴极1为圆板形；所述栅极2包括栅极主体20，栅极主体20的形状为圆筒形，其靠近阴极1的端部设置有一个外凸台21，所述外凸台21上设置有栅网；所述聚焦电极3采用圆筒形结构；所述阳极4靠近聚焦电极3的一端为阳极碗状结构41，其靠近偏转板5的一端为阳极圆筒状结构42，在阳极碗状结构41的小端面上设置有中心圆孔43；所述偏转板5为一对倾斜放置的带状平板；所述栅极主体20的直径与聚焦电极3的直径之比为1.1～2.8。 上述阳极圆筒状结构42的直径与聚焦电极3的直径之比为1.6～3.1。 上述栅极主体2的直径与聚焦电极3的直径之比以1.6～1.9为较佳；上述阳极圆筒状结构42的直径与聚焦电极3的直径之比以2.0～2.5为较佳。 上述栅极主体20的直径与聚焦电极3的直径之比以1.74为最佳；上述阳极圆筒状结构42的直径与聚焦电极3的直径之比为以2.3为最佳。 上述栅极2上设置有第一栅网22和第二栅网23，所述第二栅网23设置在栅极主体20之内，所述第二栅网23的电压比第一栅网22的电压低100～200V。 上述栅极2、聚焦电极3、阳极4与阴极1间的电势差分别为12～20kV、5～8kV、15～25kV。 上述偏转板5的结构为沿偏转板5宽度方向往复连续的蛇形。 上述栅极2、聚焦电极3、阳极4与阴极1间的电势差分别以15kV、6.3kV、20kV为最佳。 本专利技术具有如下优点 1、空间分辨率高。从电子光学设计来讲(不考虑荧光屏的实际空间分辨率)，整个变相管具有很高的空间分辨能力，即使在距离屏中央18.8mm远处，其空间分辨率也可以达到35lp/mm。 2、时间分辨率高。经过反复优化设计，在没有考虑空间电荷效应的情况下，变相管的时间分辨能力可以达到290fs(包括技术时间和物理时间)，考虑到空间电荷效应的不可避免性以及工艺过程中的对准误差，可望研发出时间分辨能力在500fs的变相管。本专利技术超过国内静电聚焦条纹相机时间分辨能力难以突破1ps的瓶颈。 3、像面稳定，实用性强。因为采用静电聚焦而不是磁聚焦，像面的稳定性高，一般不会造成图像的模糊。 附图图面说明图1是飞秒条纹变相管的电极结构示意图；图2是飞秒条纹变相管等位线分布图；图3是飞秒条纹变相管立体结构示意图；图4是飞秒条纹变相管行波偏转板结构示意图其中；1-阴极，2-栅极，20-栅极主体，21-外凸台，22-第一栅网，23-第二栅网，3-聚焦电极，4-阳极，41-阳极碗状结构，42-阳极圆筒状结构，43-中心圆孔，5-偏转板，6-荧光屏。具体实施方式本专利技术的一种静电聚焦飞秒条纹变相管结构参见图1和图3，包括阴极1、栅极2、聚焦电极3、阳极4、偏转板5和荧光屏6，阴极1为圆板形，栅极主体20为圆筒形，其靠近阴极1的端部设置有一个外凸台21，外凸台21上设置有第一栅网22，该第一栅网22一方面在阴极1和栅极2之间形成强电场，保证电子在阴极1和栅极2之间具有较小的时间弥散，另一方面，被加速的光电子可以通过栅网小孔。在栅极2后半部分内部可以设置第二栅网23，电压比栅极2电压低100～200V，以截获第一栅网22上产生的二次电子。聚焦电极3采用圆筒状结构，后端有一个内沿。阳极4靠近聚焦电极3的一端为阳极碗状结构41，其靠近偏转板5的一端为阳极圆筒状结构42，在阳极碗状结构41的小端面上设置有中心圆孔43，偏转板5为行波偏转板，其结构为一对倾斜放置的带状平板，每个行波偏转板的具体结构为沿偏转板宽度方向往复连续的蛇形。栅极主体20的直径与聚焦电极3的直径之比为1.74∶1；阳极圆筒状结构42的直径与聚焦电极3的直径之比为2.3∶1。栅极2、聚焦电极3、阳极4与阴极1间的电势差分别为15kV、6.3kV、20kV。 图4是飞秒条纹变相管行波偏转板结构示意图，即由沿偏转板宽度方向往复连续的蛇形结构形成偏转板。 本专利技术原理从光电阴极上发射出来的光电子，其初始能量、方位角、仰角、初始位置都满足一定的统计分布。光电子的初始位置分布可以是均匀分布(均匀光照射时)或近于高斯分布(激光近距离照射)，光电子的初始能量一般认为服从β分布，当给定光电子的初能量、初位置、以及初始倾斜角分布后，可以利用Monte Carlo(M-C)方法进行抽样。根据概率论中的大数定理，只有当抽样次数达到无穷大的时候，抽样分布才能接近实际分布，而实际又很难做到抽样次数达到无穷大，因此M-C抽样结果是否可靠，必须得到验证。跟踪电子轨迹的计算是基于以下假设A、光电子的初能量满足在(0～0.6eV)上的β(1，4)分布，该分布的M-C抽样采用直接抽样法；B、电子的初位置满足均匀分布；C、电子仰角服从(0～90°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电聚焦飞秒条纹变相管，包括阴极（１）、栅极（２）、聚焦电极（３）、阳极（４）、偏转板（５）和荧光屏（６），其特征在于：所述阴极（１）为圆板形；所述栅极（２）包括栅极主体（２０），栅极主体（２０）的形状为圆筒形，其靠近阴极（１）的端部设置有一个外凸台（２１），所述外凸台（２１）上设置有栅网；所述聚焦电极（３）采用圆筒形结构；所述阳极（４）靠近聚焦电极（３）的一端为阳极碗状结构（４１），其靠近偏转板（５）的一端为阳极圆筒状结构（４２），在阳极碗状结构（４１）的小端面上设置有中心圆孔（４３）；所述偏转板（５）为一对倾斜放置的带状平板；所述栅极主体（２０）的直径与聚焦电极（３）的直径之比为１．１～２．８。

【技术特征摘要】
1.一种静电聚焦飞秒条纹变相管，包括阴极(1)、栅极(2)、聚焦电极(3)、阳极(4)、偏转板(5)和荧光屏(6)，其特征在于所述阴极(1)为圆板形；所述栅极(2)包括栅极主体(20)，栅极主体(20)的形状为圆筒形，其靠近阴极(1)的端部设置有一个外凸台(21)，所述外凸台(21)上设置有栅网；所述聚焦电极(3)采用圆筒形结构；所述阳极(4)靠近聚焦电极(3)的一端为阳极碗状结构(41)，其靠近偏转板(5)的一端为阳极圆筒状结构(42)，在阳极碗状结构(41)的小端面上设置有中心圆孔(43)；所述偏转板(5)为一对倾斜放置的带状平板；所述栅极主体(20)的直径与聚焦电极(3)的直径之比为1.1～2.8。2.根据权利要求1所述的一种静电聚焦飞秒条纹变相管，其特征在于所述阳极圆筒状结构(42)的直径与聚焦电极(3)的直径之比为1.6～3.1。3.根据权利要求2所述的一种静电聚焦飞秒条纹变相管，其特征在于所述栅极主体(20)的直径与聚焦电极(3)的直径之比为1.6～1.9；所述阳极圆筒状结构(42)的直径与聚焦电极(3)的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：田进寿，白永林，刘百玉，欧阳娴，白晓红，杨文正，王琛，黄蕾，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]