各向异性聚焦大动态条纹变像管制造技术

本实用新型专利技术涉及各向异性聚焦大动态条纹变像管，包括依次设置在电子束传递方向上的光电阴极、预时间聚焦系统、空间聚焦系统、后时间聚焦系统、扫描偏转器、电子倍增器以及荧光屏；空间聚焦系统为电四极聚焦透镜；阳极上设置有供电子束透过的阳极孔，光电阴极上设置有光电发射材料，栅极设置有供电子束透过的矩形栅极孔；光电阴极为面形结构，栅极和阳极为具有三个面或五个面的矩形槽，第一时间聚焦电极、第一消隐电极、第二消隐电极和第二聚时间焦电极均为矩形框结构的柱透镜或板状电极对结构的柱透镜。本实用新型专利技术解决了条纹变像管增益低、动态范围小的技术问题，本实用新型专利技术提高条纹变像管的动态范围，使得电子束实现各向异性的聚焦特点，减弱空间电荷效应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种大动态各向异性聚焦条纹变像管。
技术介绍
条纹相机广泛地应用于惯性约束核聚变(ICF)、半导体、表面物理、光化学、光生物 学、分子研究、等离子体物理、超快光谱学、X光激光等诸多前沿科学领域中，实现对超快现 象的记录，最近发展起来的超快电子衍射技术更是为超快诊断技术的发展起到了极大的推 动作用，它具有条纹相机的时间分辨能力(亚皮秒)，但其空间分辨能力却可以达到ο. 01A, 使人们梦寐以求的“分子电影或原子电影”时代到来，近年来，人们将微波技术引入超快电 子衍射技术中，通过微波技术实现超快电子衍射系统中电子脉冲的“同步整形”，使得具有 一定时间弥散的电子脉冲基本同步到达被测样品，有望达到IOOfs的时间分辨能力。尽管 如此，条纹相机仍然具有不可替代的作用，因为超快电子衍射仪和条纹相机对时间分辨的 原理是不一样的超快电子衍射仪中往往是通过激励光和参考光之间的时间差来进行时间 分辨的，而条纹相机是通过扫描板来提供甚至超过光速的扫描速度将时间信息转化为空间 信息实现对超快过程测量的，很多超快过程中的测量往往不具备提供参考光的条件，因而 条纹相机在超快现象诊断过程中有其不可取代的地位，尤其是大动态范围的条纹相机更是 用户渴望得到超快诊断工具。尽管针对条纹相机动态范围的定义不尽一致，但对限制条纹相机动态范围的主要 因素却有统一的认识空间电荷效应是限制条纹变像管动态范围的主要因素，尤其是亚皮 秒脉冲，由于瞬时电流密度很高，空间电荷效应显得尤为明显，一般认为200fs以下的条 纹相机其动态范围不超过20，甚至有人认为只有5左右。其次便是增强器本身的动态范围 (比如微通道板-MCP的增益饱和效应)则是限制条纹相机整机系统动态范围的另一重要因 素；限制条纹变像管动态范围的另一个因素是条纹管光电阴极的制备方法国外条纹相机 无一例外地采用转移阴极系统来制作光电阴极，阴极制作过程和条纹管其它部件分开，这 样制作的阴极不但灵敏度高、均勻好，而且在阴极制作过程中不会造成其它电极上沉积阴 极材料，相比之下，国内采用非转移阴极系统来制备光电阴极，制备过程中阴极片和条纹管 其它电极位于同一环境中，势必造成其它电极的污染，这些被污染的电极一旦受杂散光照 射，便会发射光电子形成背景噪声，造成条纹相机背景差、动态范围小等诸多缺点。条纹变像管的聚焦方式多采用静电聚焦或磁聚焦的方式，磁聚焦曾一度用的比较 多，尤其是亚皮秒条纹相机，由于磁聚焦变像管中，扫描板可以放置在磁透镜的前面，提高 了扫描板的偏转灵敏度并减小了条纹管的技术时间弥散，但磁聚焦透镜体积相对庞大，加 之磁透镜往往是由多匝(一般大于100匝)线圈绕制而成，而激磁电流往往存在一定范围 内的波动，当激磁电流稍有波动时，将引起安匝数的较大改变，使得条纹管的成像面在荧光 屏前后漂移，导致空间分辨下降，因此现在流行的条纹相机多以静电聚焦为主。条纹变像管时间分辨能力的理论极限大约在IOfs的量级，自条纹变像管实用新 型以来，各国研究者不断朝这个极限努力，最具代表性的是日本滨松公司已经研制出了200fs的条纹相机。在空间分辨能力方面，100 μ m左右的相机已经比较常见，几十微米左右 的条纹相机逐渐开发出来。2004年，日本开发的X光条纹变像管实现了 10 20μπι的空间 分辨能力；2006年中日工作者研制的X光条纹变像管达到了小于ΙΟμπι的空间分辨能力。增强对微弱信号的检测能力意味着提高器件的增益，这与探测的光谱范围或粒子 种类密切相关，特别是与高信噪比增强器件密切相关。无论采用内增强还是外增强，探测信 号转化为电子信号后，均可用微通道板(MCP，电子倍增器)予以大幅增强。微通道板的实用 新型使变像管增益提高出现飞跃，单MCP、双MCP、三MCP的增益可达103、106、107。MCP已经 成为包括变像管在内的真空探测、成像器件不可缺少的部件。目前MCP正在向高分辨、低噪 声、大动态范围方向发展。变像管的动态范围，是指在增益基本保持不变时，可探测的最大信号与最小信号 之比。另一种更为严格的定义是在特定的扫描速度下，且在线性范围内，当入射光的强度 达到Imax时，狭缝像的宽度(峰值半宽度FWHM)增大到条纹相机能探测的最小光强Imin对应 狭缝像宽度的120%时，D = Imax/Imin定义为条纹相机在该扫描速度下的动态范围。变像管 响应的动态范围越大，信号灰度级分辨率越高，对超快过程可探测的信号幅度范围就越大， 变像管可适用的信号范围就越宽。变像管动态范围与增益、噪声密切相关。可探测最小信 号一般取决于器件的噪声，降低噪声、提高器件在低输入时的信噪比可以使可探测最小信 号随之减小。可探测最大信号受限于器件饱和效应，输入大信号使器件饱和时，器件增益下 降，输出信号与输入信号的比值不再是原增益值，即偏离线性。近年来，国际上对大动态范 围变像管竞相展开研究。2004年英国fegleton等人实现了动态范围超过IO3:1的可见光 条纹变像管(包括带内、外增强器两种)，脉冲半高宽30ps ；2005年美国Ke-Xim Sun等人 研制成功了大面积、动态范围达6X IO3:1的X光条纹变像管；2007年法国Bonte等人实现 了 IO4:1动态范围的条纹变像管。一代像增强器具有较大的动态范围，但一代像增强器往往存在增益低的缺点，缺 乏对微弱信号的探测能力；级联式一代像增强器虽然可以部分解决增益低的瓶颈问题，但 带有电子光学系统的一代像增强器，存在体积庞大的弊端；而级联近贴式一代像增强器通 常不设置光阑，荧光屏产生的向后传播的光子会激发光电阴极产生二次电子，多级级联像 增强器的二次电子很强，这些二次电子都是噪声，限制对弱小信号的探测能力，最终导致像 增强器的动态范围缩小。可见，采用一代像增强器及其级联方式都不是实现高增益大动态 范围条纹变像管的理想途径，必须寻找其它方法来同时实现条纹变像管的高增益和大动态 范围这两个性能指标。
技术实现思路
为了解决现有的条纹变像管增益低、动态范围小的技术问题，本技术提供了 一种各向异性大动态聚焦条纹变像管。一种各向异性聚焦大动态条纹变像管，其不同之处在于其包括依次设置在电子束传递方向上的光电阴极C、预时间聚焦系统、空间聚焦系 统、后时间聚焦系统、扫描偏转器D、电子倍增器M以及荧光屏S ；所述预时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的栅极G、第一时间聚焦 电极Fl和第一消隐电极Bl ；所述空间聚焦系统为电四极聚焦透镜QL ；所述后时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的第二消隐电极B2、第二 时间聚焦电极F2和阳极A;所述阳极A上设置有供电子束透过的阳极孔Al，所述光电阴极C上设置有光电发 射材料，所述栅极G设置有供电子束透过的矩形栅极孔Gl ；所述光电阴极C为面形结构，所述栅极G和阳极A为具有三个面或五个面的矩形 槽，第一时间聚焦电极F1、第一消隐电极Bi、第二消隐电极B2和第二聚时间焦电极F2均为 矩形框结构的柱透镜或板状电极对结构的柱透镜。上述矩形栅极孔Gl上设置有超精细栅网。上述超精细栅网结构为501p/mm，线宽6 μ m，线间距14 μ m,厚度为3 μ m。上述电子倍增器M为工作在选通状态下的电子倍增器。上述电子倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种各向异性聚焦大动态条纹变像管，其特征在于：其包括依次设置在电子束传递方向上的光电阴极（Ｃ）、预时间聚焦系统、空间聚焦系统、后时间聚焦系统、扫描偏转器（Ｄ）、电子倍增器（Ｍ）以及荧光屏（Ｓ）；所述预时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的栅极（Ｇ）、第一时间聚焦电极（Ｆ１）和第一消隐电极（Ｂ１）；所述空间聚焦系统为电四极聚焦透镜（ＱＬ）；所述后时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的第二消隐电极（Ｂ２）、第二时间聚焦电极（Ｆ２）和阳极（Ａ）；所述阳极（Ａ）上设置有供电子束透过的阳极孔（Ａ１），所述光电阴极（Ｃ）上设置有光电发射材料，所述栅极（Ｇ）设置有供电子束透过的矩形栅极孔（Ｇ１）；所述光电阴极（Ｃ）为面形结构，所述栅极（Ｇ）和阳极（Ａ）为具有三个面或五个面的矩形槽，第一时间聚焦电极（Ｆ１）、第一消隐电极（Ｂ１）、第二消隐电极（Ｂ２）和第二聚时间焦电极（Ｆ２）均为矩形框结构的柱透镜或板状电极对结构的柱透镜。

【技术特征摘要】
1.一种各向异性聚焦大动态条纹变像管，其特征在于其包括依次设置在电子束传递方向上的光电阴极(C)、预时间聚焦系统、空间聚焦系 统、后时间聚焦系统、扫描偏转器(D)、电子倍增器(M)以及荧光屏⑶；所述预时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的栅极(G)、第一时间聚焦电 极(Fl)和第一消隐电极(Bi)；所述空间聚焦系统为电四极聚焦透镜OiL)；所述后时间聚焦系统包括依次设置在电子束传递方向上的第二消隐电极(B》、第二时 间聚焦电极(F2)和阳极(A)；所述阳极(A)上设置有供电子束透过的阳极孔(Al)，所述光电阴极(C)上设置有光电 发射材料，所述栅极(G)设置有供电子束透过的矩形栅极孔(Gl)；所述光电阴极(C)为面形结构，所述栅极(G)和阳极(A)为具有三个面或五个面的矩 形槽，第一时间聚焦电极(Fl)、第一消隐电...

【专利技术属性】
技术研发人员：田进寿，徐向晏，王俊锋，曹希斌，温文龙，刘虎林，邹玮，董改云，张铁，王雅茹，邹远鑫，张小秋，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87