[发明专利]一种光阴极材料光电子发射性能评测装置及其评测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光阴极材料性能的评测，具体涉及一种光阴极材料光电子发射性能评测装置及其评测方法。

背景技术

光阴极材料是一类具有光电效应的材料，能够在激光束激发下产生光电子发射，主要包括铜、镁、铌等金属，砷化镓、氮化镓等半导体以及锑-铯、铯-碲、钠-钾-锑等二元或多元碱金属。光阴极材料的光电子发射性能主要包括量子效率、总发射束流、发射电子角分布、电子的能量分散以及亮度和热发射度等。

光阴极是光电倍增管、电子加速器、光电发射电子显微镜以及近十年发展起来的具有时间分辨本领的超快电子显微技术的核心部件之一，其所用光阴极材料的光电子发射性能的优劣对于上述设备的功能参数具有关键影响。例如，为了获得高品质的下一代加速器基光源，如X射线自由电子激光或能量回收直线加速器X射线源，相应加速器所用的光阴极材料需要具有高量子效率和低热发射度的特性；在超快电子显微镜工作过程中，由脉冲激光在光阴极材料表面激发出的脉冲电子束的热发射度能够决定仪器成像的极限空间分辨率，而光阴极材料的量子效率和亮度将制约仪器成像的信号强度。

在经过完整工艺制造出一种光阴极材料后，需要对其光电子发射性能进行定量评测。测量条件包括：不同激光入射角度、不同激光波长、不同激光偏振态、采用连续或脉冲激光；测量参数包括：总光电子发射束流、光电子角分布、光电子横向动量分布以及由上述参数推演得到的亮度和热发射度。在不同测量条件下测得光电子发射性能参数，一方面为判定光阴极材料在相关应用中的性能指标提供定量依据，另一方面可用于光阴极材料制备工艺参数的优化设计。

但是，由于光阴极材料的光电子发射性能评测需要在超高真空中进行，而在超高真空中控制激光角度的连续变化是一个一直无法解决的技术难题。现有控制激光角度的技术局限于在真空腔壁上开具多个不同角度的透光的法兰口，因而入射光的角度变化量受到限制且角度值为分立值，因此无法满足在连续的不同激光入射角度下参数测量的要求。

发明内容

为了实现在连续变化的激光入射角度和激发光波长下测量光阴极材料的光电子发射性能参数，本发明提供一种光阴极材料光电子发射性能评测装置及其评测方法，通过巧妙的设计实现在各个不同角度和波长下测量光阴极材料的光电子发射性能参数。

本发明的一个目的在于提供一种光阴极材料光电子发射性能评测装置。

本发明的光阴极材料光电子发射性能评测装置包括：真空腔室、真空抽气系统、真空度测量系统、光阴极组件、电源系统、光电子成像系统、数据采集系统、激光激发系统以及聚焦面镜；其中，真空腔室的表面分别通过法兰口连接真空抽气系统和真空度测量系统；在真空腔室表面分别设置有机械安装法兰口和供电连接法兰口，光阴极组件通过机械安装法兰口进入真空腔室内，并安装在其内部的连接固定架上，在供电连接法兰口内设置有多个电极，电极的一端在真空腔室内，连接至光阴极组件，电极的另一端在真空腔室外部，与电源系统相连接；在真空腔室的表面与光阴极组件相对，通过观察窗法兰口安装光电子成像系统；在真空腔室内设置聚焦面镜，聚焦面镜的焦点位于光阴极组件中的光阴极材料的表面；在真空腔室的表面设置有激光入射法兰口，安装透明的材料形成入射窗口，位于真空腔室外的激光激发系统发出激光束通过入射窗口入射到聚焦面镜上反射，反射后汇聚到焦点；通过改变激光束的入射位置，调整入射至光阴极材料表面的角度。

光阴极组件包括：光阴极材料、阳极、光阴极材料固定架和阳极固定架；其中，阳极为金属栅网结构，设置在阳极固定架上；光阴极材料设置在光阴极材料固定架上，光阴极材料固定架采用介电材料；光阴极材料固定架和阳极固定架分别通过连接件连接至真空腔室内部的连接固定架上，从而将光阴极组件安装在真空腔室内。光阴极材料的横向尺寸需要小于阳极的尺寸，光阴极材料的表面与阳极之间的间距可依据电场要求设计。供电连接法兰口内设置有阴极电极和阳极电极，在真空腔室内的一端分别通过导线连接至供光阴极材料和阳极，阴极电极处于真空腔室外部的一端连接至电源系统，阳极电极处于真空腔室外部的一端接地。供电后，预测量的光阴极材料的表面与阳极之间将形成强度为兆伏特每米量级的均匀电场，用于纵向加速由入射激光在光阴极材料表面激发的光电子，使其轰击到光电子成像系统上，其中，纵向指电场方向；横向指垂直于电场方向。