[实用新型]一种可调频脉冲电子源以及电子显微镜

说明书

本实用新型公开了一种可调频脉冲电子源以及电子显微镜，其中电子源包括同轴依次分布的发射单元、第一谐振腔、斩切光阑以及第二谐振腔；所述发射单元用于激发并发射电子；所述第一谐振腔用于沿Z轴施加周期性震荡的磁场，使所述发射单元出射的连续电子束在XY平面发生周期性偏转；所述斩切光阑用于斩断连续电子束，产生脉冲电子；所述第二谐振腔用于沿Z轴施加周期性震荡的电场，用于控制经过第一谐振腔偏转后的脉冲电子束的纵向相位布。本实用新型可以使光路中的电子产生周期性偏转，产生脉冲电子束，并可控制脉冲电子束的纵向相位分布。

技术领域

本实用新型涉及电子显微镜技术领域，尤其涉及一种可调频脉冲电子源以及电子显微镜。

背景技术

现阶段在电子显微镜领域，高分辨率成像的技术日益完善与成熟，透射电子显微镜的空间分辨率达到了埃米等级，已在材料科学、半导体科学、生命科学等重要研究领域取得了众多关键性突破。

为获取高分辨率的图像，透射电子显微镜通常会使用高加速电压、高电子剂量和高电子剂量速率。当连续的高动能电子碰撞样品时会不可避免地导致非弹性散射带来的辐射损伤和弹性散射产生的核子撞击损伤。

电子携带电荷的特性会使其运动轨迹在电磁场的作用下发生改变。以此为原理，通过电磁场调节电子束的运动来获得特定频率的脉冲电子束，从而可以调制发射到样品上的电子剂量以及电子剂量速率，达到在对样品造成较小辐射损伤的同时可以获得高时空分辨率的图像。

目前已应用的技术中已经存在一些控制电磁场获得脉冲电子束的方法，包括：利用电场控制电子束偏转，即对平行于电子束入射方向放置的多级金属导体施加特定的电信号，其产生的电场可以控制电子束的路径。通过对偏转波进行光圈切割，可以产生脉冲光束。

脉冲电子束的方法还包括：利用磁场控制电子束偏转。可以将磁线圈用作电子束偏转器，电流通过导线匝时会产生磁场。通过沿行进路径放置磁线圈，可以实现电子束偏转。然而，使用磁性线圈的缺点是在通入高频率电信号时会产生高线圈电感和分布电容，因此不适用于重复频率高于几MHz的系统。

又或者使用射频谐振腔用于电子束偏转，即利用天线作为激励信号，谐振腔可以沿腔内径向施加特定模态的电磁场。在腔内采用TM110模态时，电子束将垂直于行进方向传播。通过在腔的出口处设置切割光圈，可以进行脉冲光束发射。

但是，该谐振腔的频率是固定的；且设计的谐振频率是3GHz，这意味着光束发射仅能在3GHz下进行调整。对于超快电子显微术，普通频闪激光器的频率约为80MHz。为了适应当前的频率范围，谐振腔的大小需要占用大量空间。

因此，亟需研发出适应于超快电子显微术领域，可减小连续电子束对样品的辐射损伤的同时，可调谐频率以及可调节纵向相位的电子剂量调制器。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种可调频脉冲电子源。

本实用新型的目的之二在于提供一种包含可调频脉冲电子源的电子显微镜。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种可调频脉冲电子源，包括同轴依次分布的发射单元、第一谐振腔、斩切光阑以及第二谐振腔；所述发射单元用于激发并发射电子；所述第一谐振腔用于沿Z轴施加周期性震荡的磁场，使所述发射单元出射的连续电子束在XY平面发生周期性偏转；所述斩切光阑用于斩断连续电子束，产生脉冲电子；所述第二谐振腔用于沿Z轴施加周期性震荡的电场，用于控制经过第一谐振腔偏转后的脉冲电子束的纵向相位分布。

进一步地，所述发射单元包括同轴依次分布的电子枪、韦氏帽、阳极、会聚镜以及会聚镜光阑；所述电子枪用于作为成像的电子源；所述韦氏帽用于聚焦电子；所述阳极用于提供加速电压，使电子束加速通过光轴；所述会聚镜用于将电子束聚焦到所述第一谐振腔的中心轴；所述会聚镜光阑用于限制所述电子枪发射的电子剂量。