[发明专利]一种基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法及系统

权利要求书

1.一种基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

电子枪发射电子束；

电子束透射过一个纳米全息衍射图，纳米全息衍射图的图样经过计算进行立方相位调制，使透射过的电子束被调制成圆艾里电子束；

圆艾里电子束再经过一个叉形衍射全息图，在圆艾里电子束中心轴处生成涡旋，得到带有中心涡旋的圆艾里电子束，即为涡旋圆艾里电子束；

涡旋圆艾里电子束再通过磁透镜聚焦，涡旋圆艾里波包在焦平面上形成并且焦平面开始记录涡旋圆艾里电子束的传播；

通过透射电子显微镜观察到涡旋圆艾里电子束的横截面；

所述圆艾里电子束初始场分布为

其中E(r)为场强，r为半径，exp为自然常数e,airy(·)为艾里函数，r₀为主环半径，w_o为电子束宽，a为衰减因子。

2.根据权利要求1所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，所述纳米全息衍射图的图样是根据计算后给电子束进行圆艾里调制计算后制作而成。

3.根据权利要求1所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，所述叉形衍射全息图是利用了全息重构技术，用一参考波束和目标波束干涉形成干涉条纹，然后按照干涉条纹的明暗进行互换制作成为光栅，即全息光栅，其目的是在圆艾里电子束中央增加涡旋。

4.根据权利要求1所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，所述透射电子显微镜的分辨率达到微米级，能观察衍射图样的精细程度和涡旋圆艾里电子束传播的界面。

5.根据权利要求1所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，a取值为0.1。

6.根据权利要求1所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成方法，其特征在于，所述涡旋圆艾里电子束初始场分布相较于圆艾里电子束多了涡旋相位，初始场分布为

其中E(r,φ)为极坐标系下场强，exp(ilφ)为涡旋项，φ为柱坐标系中的方位角。

7.一种基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成系统，其特征在于，包括：

电子枪，用于发射电子束；

纳米全息衍射图，用于透射电子束，纳米全息衍射图的图样经过计算进行立方相位调制，使透射过的电子束被调制成圆艾里电子束；

叉形衍射全息图，用于使经过的圆艾里电子束在圆艾里电子束中心轴处生成涡旋，得到带有中心涡旋的圆艾里电子束，即为涡旋圆艾里电子束；

磁透镜，用于使通过的涡旋圆艾里电子束聚焦，涡旋圆艾里波包在焦平面上形成并且焦平面开始记录涡旋圆艾里电子束的传播；

透射电子显微镜，用于观察到涡旋圆艾里电子束的横截面；

所述圆艾里电子束初始场分布为

其中E(r)为场强，r为半径，exp为自然常数e,airy(·)为艾里函数，r₀为主环半径，w_o为电子束宽，a为衰减因子。

8.根据权利要求7所述的基于涡旋圆艾里的激增自聚焦电子束生成系统，其特征在于，所述涡旋圆艾里电子束初始场分布相较于圆艾里电子束多了涡旋相位，初始场分布为

其中E(r,φ)为极坐标系下场强，exp(ilφ)为涡旋项，φ为柱坐标系中的方位角。