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超快电子衍射系统的理论与实验研究

吴建军  
【摘要】:本文介绍了一种最新研制的具有较高时间和空间分辨能力的超快电子衍射系统,该系统利用超短电子脉冲进行皮秒或飞秒量级的电子衍射来研究物质的结构相变,是研究微晶、表面、薄膜等的结构动力学过程的先进手段。我们研制的超快电子衍射系统由超短脉冲激光器、短磁聚焦电子枪、样品室、探测衍射图案的双MCP探测器、测量电子脉宽的同步扫描电路、图像读出系统及超高真空系统等组成。 本论文主要涉及以下几个方面的内容: ①超快电子衍射系统的理论研究,主要内容有扫描状态下电子束偏转距离的计算公式的推导,并由此得出一套测量、计算电子束脉宽的方法;在这套公式的指导下,分析了测量电子束脉宽时的同步过程,相关的结论对于动态扫描实验过程具有一定的指导意义。 ②介绍了Ⅰ代和Ⅱ代超快电子衍射系统的电子光学设计过程,包括光电子发射过程的抽样;电子枪内电场、磁场的计算;电子运动轨迹的追踪;电子束的飞行时间、空间位置、以及角度等的分布的计算。通过计算得到了超快电子衍射系统的物像关系,以作为超快电子枪设计的基础。对阴极的面型做了理论分析,发现阴极表面发射点附近的电场对克服光电子初始能量弥散至关重要,提出了一种简单易行的改进超快电子枪时间分辨的方法。 ③介绍了Ⅰ代和Ⅱ代超快电子衍射系统的设计和研制过程,包括光电阴极、磁聚焦系统、静电偏转扫描系统、电子图像增强系统、真空系统、控制系统的设计,以及对超快扫描电路的介绍和超快扫描电路的测试结论等,对Ⅰ代和Ⅱ代系统的参数进行了比较。 ④介绍了超快电子衍射系统的调试过程及部分参数的测试,结果显示电子束斑可以被聚焦到100um,x和y方向的偏转灵敏度分别可以达到26.8mm/kV和49.2mm/kV,电子束的发散角小于1.1mrad。


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