專利名稱：共軸光泵浦裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超快研究的設(shè)備領(lǐng)域，特別是保障超快電子衍射和超快電子顯微鏡在研究氣體樣品時系統(tǒng)時間分辨能力的共軸光泵浦裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，具有超高時間分辨能力(皮秒，10_12秒)裝置的研制受到越來越多的重視和推進，這些技術(shù)基本都是建立在以超短脈沖激光為基礎(chǔ)的泵浦探測技術(shù)上，其系統(tǒng)的時間分辨能力主要由三個因素決定泵浦脈沖脈寬，探針脈沖脈寬，以及泵浦探測與樣品的失配項。隨著各種脈沖產(chǎn)生技術(shù)的發(fā)展和成熟，例如阿妙(10_18秒)激光脈沖和幾十飛秒(10_15秒)的電子脈沖的出現(xiàn)，決定系統(tǒng)時間分辨能力的前兩項影響較小；而第三項通常由泵浦探測脈沖速度差異(大小或方向不同)引起，其大小隨著泵浦探測重疊空間大小決定，比較難以克服。隨著超快領(lǐng)域科學研究對系統(tǒng)時間分辨能力的要求越來越高，泵浦探測與樣品的失配項，特別是在以氣體為樣品的研究，成為制約整個系統(tǒng)時間分辨能力提升的障礙。
發(fā)明內(nèi)容
為了減小甚至消除這個失配項，極大地提高泵浦探測裝置，特別是超快電子衍射和超快電子顯微鏡裝置的時間分辨能力，本發(fā)明提供一種共軸光泵浦裝置及其制造方法，最大化地減小泵浦探測的速度方向差異，減小泵浦探測和樣品的失配項，以實現(xiàn)更高的系統(tǒng)時間分辨能力。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種共軸光泵浦裝置，特點在于其構(gòu)成是沿泵浦光的光路方向依次設(shè)有錐形凹透鏡、錐形凸透鏡、球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡，該反射鏡與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束經(jīng)過該反射鏡的準直小孔后入射到樣品上；
所述的泵浦光經(jīng)所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡之后的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸、所述電子束的中軸和樣品中心重合。制造共軸光泵浦裝置的方法，其特點 在于該方法包括以下步驟
①將所述的錐形凹透鏡和錐形凸透鏡組裝成錐形望遠鏡系統(tǒng)，要求泵浦光經(jīng)過該錐形望遠鏡系統(tǒng)后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向；
②在所述的套筒狀的泵浦光束方向設(shè)置所述的反射鏡，該反射鏡鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡的45°準直小孔的中軸與所述電子束的中軸同軸；
③仔細調(diào)整所述的泵浦光、錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡，使所述的泵浦光經(jīng)所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡反射的反射光的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸、所述電子束的中軸和樣品中心重合；
④在所述的錐形凸透鏡和反射鏡之間的光路上添加球形透鏡；
⑤調(diào)節(jié)所述的球形透鏡沿泵浦光的前后位置，使所述的樣品上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。
本發(fā)明原理是泵浦光通過錐形凹透鏡，形成空心的發(fā)散光束，經(jīng)過錐形凸透鏡被準直，成為套筒光束后再經(jīng)過球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡后微聚焦后泵浦樣品；用于探測的電子脈沖經(jīng)過反射鏡的準直小孔后作用到被脈沖光泵浦的樣品區(qū)域上，這樣實現(xiàn)了激光泵浦電子探測的共軸結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)在超快電子衍射和電子顯微鏡裝置中，實現(xiàn)了激光泵浦電子探測的共軸結(jié)構(gòu)。(2)共軸光泵浦結(jié)構(gòu)可以最大限度的減小泵浦探測與樣品的失配項，提高了系統(tǒng)的時間分辨能力，特別是研究氣體樣品時。(3)實現(xiàn)了對樣品大范圍地密度均勻和相位近似的光泵浦。(4)帶45°準直小孔的反射鏡用于反射泵浦光同時還作為電子脈沖的準直孔，可 提高電子束的準直性和質(zhì)量。(5)準直小孔還可以消除旁軸雜散電子，得到更短的電子脈沖。
圖I是本發(fā)明共軸光泵浦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實現(xiàn)共軸泵浦光在樣品處的密度和相位分布。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖1，圖I是本發(fā)明共軸光泵浦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，一種共軸光泵浦裝置，其構(gòu)成是沿泵浦光I的光路方向依次設(shè)有錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3、球形透鏡4和帶45°準直小孔的反射鏡6，該反射鏡6與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束5經(jīng)過該反射鏡6的準直小孔后入射到樣品7上。所述的泵浦光I經(jīng)所述錐形凹透鏡
2、錐形凸透鏡3和反射鏡6之后的光軸、反射鏡6的45°準直小孔的中軸、所述電子束5的中軸和樣品7中心重合，使透射電子數(shù)最大。制造共軸光泵浦裝置的方法，包括以下步驟
①將所述的錐形凹透鏡2和錐形凸透鏡3組裝成錐形望遠鏡系統(tǒng)，要求泵浦光I經(jīng)過該錐形望遠鏡系統(tǒng)后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向；
②在所述的套筒狀的泵浦光束方向設(shè)置所述的反射鏡6，該反射鏡6鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡6的45°準直小孔的中軸與所述電子束5的中軸同軸；
③仔細調(diào)整所述的泵浦光I、錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3和反射鏡6，使所述的泵浦光I經(jīng)所述錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3和反射鏡6之后的光軸、反射鏡6的45°準直小孔的中軸、所述電子束5的中軸和樣品7中心重合；
④在所述的錐形凸透鏡3和反射鏡6之間的光路上添加球形透鏡4；
⑤調(diào)節(jié)所述的球形透鏡4沿泵浦光I的前后位置，使所述的樣品7上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。泵浦光在樣品處的密度和相位分布如圖2所示，用于探測的電子脈沖經(jīng)過反射鏡的準直小孔后作用到被脈沖光泵浦的樣品區(qū)域上，這樣實現(xiàn)了激光泵浦電子探測的共軸結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種共軸光泵浦裝置，特征在于其構(gòu)成是沿泵浦光(I)的光路方向依次設(shè)有錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)、球形透鏡(4)和帶45°準直小孔的反射鏡(6)，該反射鏡(6)與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束(5)經(jīng)過該反射鏡(6)的準直小孔后入射到樣品(7)上； 所述的泵浦光(I)經(jīng)所述錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)之后的光軸、反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸、所述電子束(5)的中軸和樣品(7)中心重合。
2.一種制造權(quán)利要求I所述的共軸光泵浦裝置的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 將所述的錐形凹透鏡(2)和錐形凸透鏡(3)組裝成錐形望遠鏡系統(tǒng)，要求泵浦光(I)經(jīng)過該錐形望遠鏡系統(tǒng)后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向； 在所述的套筒狀的泵浦光束方向設(shè)置所述的反射鏡(6)，該反射鏡(6)鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸與所述電子束(5)的中軸同軸； 仔細調(diào)整所述的泵浦光(I)、錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)，使所述的泵浦光(I)經(jīng)所述錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)的光軸、反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸、所述電子束(5)的中軸和樣品(7)中心重合； 在所述的錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)之間的光路上添加球形透鏡(4)； 調(diào)節(jié)所述的球形透鏡(4)沿泵浦光(I)的前后位置，使所述的樣品(7)上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。
全文摘要
一種共軸光泵浦裝置，其構(gòu)成是沿泵浦光的光路方向依次設(shè)有錐形凹透鏡、錐形凸透鏡、球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡，該反射鏡與泵浦光束成45°夾角，準直小孔用于探測的電子束透射后入射到樣品上；泵浦光經(jīng)所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡之后的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸，所述電子束的中軸和樣品中心重合。在超快電子衍射和電子顯微鏡裝置中，此裝置實現(xiàn)了激光泵浦電子探測的共軸結(jié)構(gòu)，最大限度的減小泵浦探測與樣品的失配項，提高了系統(tǒng)的時間分辨能力，同時優(yōu)化了探測電子束的準直性和質(zhì)量。
文檔編號H01J9/00GK102623286SQ20121012051
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉圣廣, 朱鵬飛, 王西杰, 陳潔 申請人:上海交通大學