[实用新型]一种电子束整形器

说明书

本实用新型提出一种电子束整形器。该电子束整形器包括一圆柱型空腔；所述圆柱型空腔的侧面为导电材料；所述圆柱型空腔的一个端面为电介质，并在圆柱型空腔轴心位置留一小孔，供电子脉冲进入；基于电介质在所述小孔的内壁涂有导电膜作为电极施以正电位U₀；所述电介质的绝对介电常数沿径向变化；圆柱型空腔的另一端面由导电材料的栅网组成，供电子脉冲输出；所述栅网和圆柱型空腔的侧面均接地以保持0电位。本实用新型可同时实现电子束波前和径向的整形，因而其调制整形效率较高；功能场为静电场，结构操作简单，更具工程实用性和可操作性；可实现较高的加工精度和组装精度，可与其他相关电子束产生系统进行无缝对接。

技术领域

本实用新型属于超快光电诊断领域，涉及一种带电粒子光学功能元件，尤其为一种电子束整形结构。

背景技术

时间分辨超快现象研究正在基础研究、高新技术研究的许多领域展开，以超短电子脉冲快速控制为基础的电子光学诊断技术已成为该领域重要的研究手段，超快电子衍射仪即是此类技术的典型代表。在超快电子衍射仪中，光电阴极经由外光电效应而发射的电子脉冲被视为整个系统工作的核心，其脉冲宽度及单脉冲电子数等参数决定着超快电子衍射仪技术应用研究的广度和深度。产生脉宽在100fs左右(1fs＝10^-15s)甚至更短且单脉冲包含10³～10⁴个电子的超短电子脉冲技术早已被提上日程，然而此类技术目前仍处于研究阶段而未能进入工程应用中，其瓶颈主要是光电阴极发射光电子初能量弥散和高浓度电子脉冲中显著的空间电荷效应，这两个因素会导致严重的电子脉冲展宽。比如，对于初始脉宽为50fs、单脉冲电子数为10000的电子脉冲，在以30keV平均能量传输10cm距离之后，其脉冲宽度已达几个ps量级(1ps＝10^-12s)。因此，自从超快电子衍射技术出现以来，高亮度超短电子脉冲产生技术的研究一直处于此类技术相关研究的最前沿。

迄今为止，电子束整形方法大致分为两类：一类是采用瞬态调制电场，如基于电子脉冲展宽效应分析结果，利用瞬态调制电场对电子脉冲前后沿电子施以差别性调制以达到产生超短电子脉冲的目的，以及利用强激光场对电子脉冲的质动力学作用从待调制电子脉冲中分离出阿秒量级电子脉冲；另一类为采用静电场和(或)静磁场对电子脉冲进行时间域和(或)空间域内的调制，如基于电子脉冲展宽效应分析结果，采用新型电子光学结构电子枪设计(如“S”形或“回”字形)等方法以达到电子脉冲压缩整形的目的。

以上方法虽然在理论上被证实具有一定的可行性，但遗憾的是，这些方法均因为技术原因而存在着工程应用上的局限性。也正因此，对电子束整形技术的探索仍在继续。

实用新型内容

本实用新型提出一种电子束整形器，使得调制整形效率较高，可同时实现电子束波前和径向的整形。

本实用新型的解决方案如下：

该电子束整形器包括一圆柱型空腔；所述圆柱型空腔的侧面为导电材料；

所述圆柱型空腔的一个端面为电介质，并在圆柱型空腔轴心位置留一小孔，供电子脉冲进入；基于电介质在所述小孔的内壁涂有导电膜作为电极施以正电位U₀；所述电介质的绝对介电常数沿径向的变化规律为：ε＝k/r²，k为常数，r为径向距离(自圆柱型空腔轴心位置起算)；小孔直径与圆柱型空腔的径向尺寸a的比例不超过0.05；

所述圆柱型空腔的另一端面由导电材料的栅网组成，供电子脉冲输出；

所述栅网和圆柱型空腔的侧面均接地以保持0电位。

进一步的，所述栅网和圆柱型空腔的侧面均为金属材料。

进一步的，所述导电膜的厚度为1～2mm。

进一步的，所述小孔的半径r₀为0.5～1.5mm。

本实用新型具有如下优点：