[发明专利]高重频阿秒脉冲光电子和离子能谱测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种高重频阿秒脉冲光电子和离子能谱测量系统及方法。其工作原理是：在光电子或离子脉冲进入时间飞行管后，且在光电子或离子脉冲在时间和空间上的展宽还没有产生重叠之前，放置一个与光电子或离子脉冲同步信号触发控制的光电子或离子脉冲选通门，该选通门只选出原光电子或离子脉冲重复频率的一定分频脉冲可通过，最终通过时间飞行管进行光电子或离子能谱测量。本发明采用降低光电子或离子脉冲重复频率的方法，使相邻两个光电子或离子脉冲的时间间隔增大，避免了在时间飞行谱仪探测器处产生两相邻脉冲的重叠。

技术领域

本发明是一种用于高重频光电子和离子能谱或动量谱的测量技术，具体涉及一种高重频阿秒脉冲光电子能谱测量系统及方法。

背景技术

阿秒科学正在与越来越多的学科结合，阿秒脉冲也在越来越多的领域展开应用。但当前的阿秒脉冲光子通量相对较低，导致在很多应用中的数据采集时间较长，影响了实验精度，也限制了其应用范围的拓展，如在符合测量(Coincidence Spectroscopy)中。高重频的阿秒脉冲可以极大地提高数据采集率，从而减少采集时间，同时能够降低系统对长时间稳定性的苛刻要求。

由于阿秒脉冲脉宽极短，无法直接测量其脉宽，通常使用阿秒条纹相机来表征所产生的阿秒脉冲。阿秒条纹相机通过时间飞行谱仪(TOF)技术来测量阿秒脉冲对应的光电子能谱。高重频的阿秒脉冲的应用，在保证采集时间较短的情况下，减少单次泵浦所产生的电子数量，有效控制空间电荷效应，减小由此带来的噪声。

此外，符合测量技术能够测量带电粒子的三维动量，并通过动量守恒原理，匹配动量相符的电子和离子。与阿秒脉冲结合后，该技术能够探测到电子和离子系统的更多信息。但该系统离子(电子)产率极低，高重频的阿秒脉冲可以弥补产率低带来的缺陷。

综上所述高重频阿秒脉冲应用将十分重要，但是高重频阿秒脉冲(还包括高次谐波)的脉冲宽度测量、光电子或离子测量仍存在技术难点。在阿秒条纹相机、符合测量等光电子或离子动能测量设备中，时间飞行谱仪是这类设备的核心部分。时间飞行谱仪的飞行管长度决定了能谱分辨率，所以通常都会增加飞行管长度到几米至十几米，甚至大于二十米。当这类高精度时间飞行谱仪工作在重复频率达到数十kHz以上时，前后两个相邻光电子脉冲將会在探测器上产生重叠，即下一个光电子脉冲的高能电子超过前一个光电子脉冲的低能电子更早到达探测器，因此造成了采集到的电子能谱的错误。

针对这类高重频脉冲光电子或离子能谱采集系统，需要发展一种能够克服脉冲光电子或离子在时间飞行管中重叠的技术。

发明内容

本发明提供了一种高重频阿秒脉冲光电子和离子能谱测量系统及方法，其解决了高达数十kHz及其以上重复频率的高重频高次谐波与阿秒脉冲的光电子或离子能谱测量过程中的电子或离子脉冲重叠问题，克服了现有的时间飞行谱仪不能适用于高重频的光电子或离子能谱测量的缺点。

本发明解决技术问题的原理方案是：

在极紫外/X射线波段的高次谐波和阿秒脉冲与靶材产生的光电子或离子脉冲测量中，通过同步控制偏置电场将光电子或离子脉冲重复频率降低，以克服其相邻脉冲交叠。实现方法是在光电子或离子脉冲进入时间飞行管后，但是在光电子或离子脉冲在时间和空间上的展宽还没有产生重叠之前，放置一个与光电子或离子脉冲同步的信号触发控制光电子或离子脉冲的选通门，该选通门只选出原光电子或离子脉冲重复频率的一定分频脉冲可通过，最终通过时间飞行管进行光电子或离子能谱测量。采用降低光电子或离子脉冲重复频率的方法，使相邻两个光电子或离子脉冲的时间间隔增大，避免在时间飞行谱仪探测器处产生两相邻脉冲的重叠。

本发明解决技术问题的具体技术方案是：