專利名稱：飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖電子顯微鏡裝置，特別是一種飛秒強電流高亮度電子顯微鏡。
令人遺憾的是，目前的電子顯微鏡只能以連續(xù)方式工作，只能用來研究和觀察一些靜態(tài)問題，在某種意義上說，這嚴(yán)重地影響了它的發(fā)展。
用作光陰極的材料通常有三類(1)金屬類，主要有金、銅、鎂、鉭等，其特性是閾值功高，量子效率低，由于大部分入射光能轉(zhuǎn)換成熱能，對高重復(fù)率運轉(zhuǎn)的光陰極需要冷卻；優(yōu)點是容易制備，使用壽命長，對真空度要求低，一般為10-5～10-8。
(2)金屬化合物及合金，典型的有LaB6，有較高的量子效率，對紫外波段有較高的靈敏度，對真空度要求也低。
(3)半導(dǎo)體光陰極。主要是多堿銻化物材料。如Cs3Sb，CsK2Sb和GaAs等。半導(dǎo)體光陰極的量子效率最高，可達(dá)2～8％；閾值功較低，可以獲得較高的電流密度。唯一的缺點是壽命短，只有幾十個小時。(參見文獻(xiàn)陳建文、歐陽斌、王之江，強激光技術(shù)進(jìn)展，1992年，第3輯，1-5)。
實際中必須根據(jù)所使用的飛秒激光的波長、所需光陰極的閾值功及量子效率等各方面的綜合性能，從上述三類材料中作出選擇。這里我們選擇使用壽命長的金屬化合物作光陰極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置，它既能運轉(zhuǎn)在連續(xù)狀態(tài)，又能以高重復(fù)頻率和飛秒超短脈沖狀態(tài)下工作，能用來觀察各種超快過程。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置，其特點是它由兩部分組成，依次為第一部分的飛秒激光器、濾光片和透鏡組；第二部分是在一真空外殼內(nèi)的光陰極、加速陽極、電磁透鏡和接收器熒光屏；所說的飛秒激光器(是)一臺NdYAG二倍頻激光器，所說的濾光片用來調(diào)節(jié)飛秒激光器的輸出功率密度，所說的透鏡組是經(jīng)過消色差的透鏡組，所說的光陰極采用金屬化合物L(fēng)aB6制成，所說的加速陽極、電磁透鏡為普通電子顯微鏡中的同類型部件。
所說的飛秒激光器是一臺NdYAG二倍頻激光器，對它的要求是輻射波長或者光子能量要大于光陰極材料的閾值功，它的二倍頻光子能量為2.33eV(530nm)。這種激光器既能連續(xù)工作，又能以飛秒脈沖工作。連續(xù)工作時，便于工作人員調(diào)節(jié)電子顯微鏡，在脈沖狀態(tài)下運行，用來拍攝動態(tài)顯微圖。在高重復(fù)頻率狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時，可用來研究動態(tài)過程?，F(xiàn)在假定激光器脈沖持續(xù)時間為500飛秒，輸出能量50nj，功率密度則為105w/cm2，相應(yīng)的光子數(shù)為2.67×1013/cm2，假定光陰極的量子效率為10-2，所獲電子數(shù)為2.67×1011/cm2，相應(yīng)電荷量為42nc，峰值電流I＝Q/C＝2000A/cm2。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的飛秒強電流高亮度電子顯微鏡，既能運轉(zhuǎn)在連續(xù)狀態(tài)，又能以高重復(fù)頻率和飛秒超短脈沖狀態(tài)下工作，能用來觀察各種超快過程。由于脈沖持續(xù)時間可以短到飛秒量級，因此，對電子顯微鏡的機械、電源穩(wěn)定性、對空間雜散電磁場屏蔽的要求大大降低。
本發(fā)明飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置如

圖1所示。包括置于大氣中的飛秒NdYAG激光器1、濾光片2和消色差透鏡3和置于真空外殼內(nèi)的光陰極4，加速陽極5、電磁放大透鏡組6、接收器熒光屏7。
飛秒NdYAG激光器1是一臺脈寬為500飛秒、輸出能量為50nj，二倍頻激光器，它是由一臺振蕩器和一臺放大器組成，倍頻晶體采用KDP，經(jīng)過濾光器2完成，入射到消色差透鏡3上，經(jīng)其聚焦，入射到光陰極4上，產(chǎn)生光電子，光電子的能量帶寬為ΔE＝1/2(EL-φ)式中，EL為激光光子能量，φ為光陰極的功函數(shù)，光電子經(jīng)過加速陽極5加速以后，再由電磁透鏡6放大到達(dá)熒光屏7上，直接觀察或攝像。
權(quán)利要求
1.一種飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置，其特征在于它由兩部分組成，依次為第一部分的飛秒激光器(1)、濾光片(2)和透鏡組(3)；第二部分是在一真空外殼(8)內(nèi)的光陰極(4)、加速陽極(5)、電磁透鏡(6)和接收器熒光屏(7)；所說的飛秒激光器(1)(是)一臺NdYAG二倍頻激光器，所說的濾光片(2)用來調(diào)節(jié)飛秒激光器的輸出功率密度，所說的透鏡組(3)是經(jīng)過消色差的透鏡組，所說的光陰極(4)采用金屬化合物L(fēng)aB6制成，所說的加速陽極(5)、電磁透鏡(6)為普通電子顯微鏡中的同類型部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置，其特征在于所述的飛秒激光器(1)既能連續(xù)工作，又能以高重復(fù)頻率和飛秒超短脈沖工作。
全文摘要
飛秒強電流高亮度電子顯微鏡裝置，其特點是它由兩部分構(gòu)成，依次為第一部分的飛秒激光器、濾光片和透鏡組；第二部分包括在一真空外殼內(nèi)的光陰極、加速陽極、電磁透鏡和接收器熒光屏；所說的飛秒激光器(是)一臺NdYAG二倍頻激光器，所說的濾光片用來調(diào)節(jié)飛秒激光器的輸出功率密度，所說的透鏡組是經(jīng)過消色差的透鏡組，所說的光陰極采用金屬化合物L(fēng)aB
文檔編號H01J37/26GK1448980SQ0311558
公開日2003年10月15日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 謝紅蘭, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所