[发明专利]真空系统用光电阴极

说明书

本发明涉及一种真空系统用光电阴极，其中，所述光电阴极被构成为接收具有入射波长的电磁辐射并且响应于此而发射电子。所述光电阴极包括具有几何形状的导电结构，所述几何形状包括尖端部分。当用电磁辐射照射导电结构时，尖端部分适合于提供场增强β，其中，β大于约10²。所述光电阴极还包括基板，所述基板是电介质基板或包括电介质基板，所述基板支撑导电结构。

技术领域

本发明涉及一种真空系统用光电阴极。

背景技术

光电倍增管(PMT)或多通道板等的真空系统为了实现可见和紫外(UV)范围内的光的检测器而广为人知。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO未审查专利申请公开No.2015/028029

发明内容

技术问题

光电倍增管用于对非常少量的光进行灵敏检测，进一步低至单光子极限，因此对低光应用很有吸引力。然而，它们吸引人的特性仅在从红光到UV的光谱范围内有用。

专利文献1公开了一种用于基于强THz脉冲可以通过非微扰非线性相互作用从金属层的表面产生电子的超快场发射这样的原理，检测太赫兹辐射的装置。电子可以通过在金属附近同样被增强的THz场加速到数十eV的动能，并且可以用于氮等离子体的形成等在超快时间尺度上启动碰撞诱导的物理过程。

因此，改进的光电阴极将是有利的，尤其是对更宽波长范围灵敏的光电阴极将是有利的。

本发明的一个目的是提供现有技术的替代方案。

特别地，可以将提供一种解决具有受限的操作的波长范围的现有技术的上述问题的真空系统用光电阴极视为本发明的进一步的目的。

技术手段

因此，上述目的和若干其他目的在本发明的第一方面中通过提供真空系统用光电阴极来获得，其中，光电阴极被构成为接收具有入射波长的电磁辐射并且响应于此而发射电子。光电阴极包括具有几何形状的导电结构，该几何形状包括尖端部分。当用电磁辐射照射导电结构时，尖端部分适于提供场增强β，其中β大于约10²。光阴极还包括基板，基板是电介质基板或包括电介质基板，基板支撑导电结构。通过使用由太赫兹和红外频率范围内的光子携带的电场，以这种方式形成的光电阴极能够实现有效的场发射。通过构建以下也称为“天线”的导电结构以提供足够高的场增强β，能够通过将能量紧密地集中在天线/真空界面实现电子发射。根据发明人的理解，这种约束对电子消除了天线材料与真空之间的电子势能差异，并允许后者从天线到真空进行量子隧穿(发射)。通过使相干电磁辐射撞击天线，这种电子发射过程以非线性方式增强。因此，本发明的光电阴极对于例如激光信号的相干信号的检测非常有用。

本发明的场增强可以用多种不同的天线结构/导电结构来实现，如下文进一步详述的那样，也可以基于光电阴极的期望特性进行选择。例如，一些结构可以在入射电磁辐射的宽波长范围内提供电子发射。可以设计其他结构以对窄带宽应用提供谐振，并且因此在该窄带内具有高灵敏度。

在本发明的光电阴极的一个实施方式中，尖端部分被构成为通过将电场集中在由约束体积V表示的体积中而提供场增强β，

约束体积是高度亚波长的。光子能量h·f和接收到的N个光子的自由空间电场E_THz之间的相关性也可以基于约束体积V而表示为下述式：

其中，假设磁和电的贡献与例如真空中的光的情况相等。通过将光子能量约束在一个小体积内，电场强度会增加。因此，约束电场相当于将光子能量约束在其波形中，反过来影响约束体积中的电势图景(electric potential landscape)。