Фотоинжектора представляет собой тип источника для интенсивных электронных пучков , которые опираются на фотоэффекте . Лазера падающего импульса на катод фотоинжектора приводов электронов из него, и в ускоряющем поле электронной пушки. [1] По сравнению с широко распространенной термоэлектронной пушкой , фотоинжекторы производят электронные пучки более высокой яркости, что означает, что больше частиц упаковано в меньший объем фазового пространства ( эмиттанс пучка ). Фотоинжекторы служат основным источником электронов для однопроходных синхротронных источников света , таких как лазеры на свободных электронах [2]и для установок сверхбыстрой дифракции электронов . [3] Первый фотоинжектор RF был разработан в 1985 году в Лос-Аламосской национальной лаборатории и использовался в качестве источника для эксперимента с лазером на свободных электронах. [4] [5] Электронные пучки высокой яркости, создаваемые фотоинжекторами, прямо или косвенно используются для исследования молекулярной, атомной и ядерной структуры вещества для фундаментальных исследований, а также для определения характеристик материала.
Фотоинжектор содержит фотокатод, электронную пушку (переменного или постоянного тока), источники питания, лазерную систему управления, систему отсчета времени и синхронизации, магниты компенсации эмиттанса. Он может включать вакуумную систему и систему изготовления или транспортировки катода. Обычно за ним следует диагностика пучка и ускорители более высоких энергий.
Ключевым элементом фотоинжектора является фотокатод , который расположен внутри полости электронной пушки (обычно это 0,6-кратная ячейка для оптимального распределения ускоряющего поля). Извлеченный электронный пучок страдает от собственных полей пространственного заряда, которые ухудшают яркость пучка. По этой причине фотоэлектронные пушки часто имеют одну или несколько полноразмерных бустерных ячеек для увеличения энергии пучка и уменьшения эффекта пространственного заряда. Ускоряющее поле пушки представляет собой РЧ (радиочастотную) волну, создаваемую клистроном или другим источником РЧ энергии. Для низкоэнергетических лучей, таких как те, которые используются в дифракции электронов и микроскопии, подходит электростатическое ускорение (DC).
Фотоэмиссии на катоде инициируется падающего импульса от вождения лазера . В зависимости от материала фотокатода длина волны лазера может варьироваться от 1700 нм ( инфракрасный ) до 100-200 нм ( ультрафиолетовый ). Излучение от стенки полости возможно при длине волны лазера около 250 нм для медных стенок или катодов. Полупроводниковые катоды часто чувствительны к окружающим условиям и могут потребовать чистой подготовительной камеры, расположенной за фотоэлектронной пушкой. Оптическая система управляющего лазера часто предназначена для управления структурой импульса и, следовательно, распределением электронов в извлеченном сгустке. Например, лазерный импульс шкалы fs с эллиптическим поперечным профилем создает тонкий «блиновый» электронный сгусток, который превращается в однородно заполненный эллипсоид под действием собственных полей пространственного заряда. [6] Более сложный лазерный импульс с гребенчатым продольным профилем генерирует гребенчатый электронный луч аналогичной формы. [7] [8]
Заметки
- ^ "DESY - PITZ Zeuthen" . winweb.desy.de . Проверено 25 сентября 2020 .
- ^ Emma, P .; Akre, R .; Артур, Дж .; Bionta, R .; Bostedt, C .; Bozek, J .; Brachmann, A .; Bucksbaum, P .; Кофе, р .; Decker, F.-J .; Дин, Ю. (2010). «Первая генерация и работа лазера на свободных электронах с длиной волны Ангстрома» . Природа Фотоника . 4 (9): 641–647. Bibcode : 2010NaPho ... 4..641E . DOI : 10.1038 / nphoton.2010.176 . ISSN 1749-4893 .
- ^ Sciaini, Germán; Миллер, Р.Дж. Дуэйн (01.09.2011). «Фемтосекундная электронная дифракция: предвестие эры динамики с атомарным разрешением» . Отчеты о достижениях физики . 74 (9): 096101. Bibcode : 2011RPPh ... 74i6101S . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 74/9/096101 . ISSN 0034-4885 .
- ^ Кленденин, ИП "РФ ФОТОИНЪЕКТОРЫ" (PDF) . Проверено 7 апреля 2014 года .
- ^ Рао, Тривени; Доуэлл, Дэвид Х. (28 марта 2014 г.). «Инженерное руководство по фотоинжекторам». arXiv : 1403.7539 [ Physics.acc -ph ].
- ^ Luiten, OJ; ван дер Гир, SB; де Лоос, MJ; Киевет, ФБ; ван дер Виль, MJ (2004-08-25). «Как реализовать однородные трехмерные эллипсоидальные электронные сгустки» . Письма с физическим обзором . 93 (9): 094802. Bibcode : 2004PhRvL..93i4802L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.094802 . ISSN 0031-9007 . PMID 15447108 .
- ^ Сален, Питер; Базини, Мартина; Бонетти, Стефано; Хеблинг, Янош; Красильников Михаил; Никитин Алексей Юрьевич; Шамуйлов, Георгий; Тибай, Золтан; Жаунерчик, Виталий; Горяшко, Виталий (12.12.2019). «Манипуляция материей с помощью сверхвысокого терагерцового света: прогресс в использовании технологии ТГц диапазона» . Отчеты по физике . 836–837: 1–74. Bibcode : 2019PhR ... 836 .... 1S . DOI : 10.1016 / j.physrep.2019.09.002 . ISSN 0370-1573 .
- ^ Ма, Чжуоран; Ван, Чжэ; Фу, Фэйчао; Ван, Руи; Сян, Дао (2016). «Генерация квазиодноциклового ТГц импульса из чирпированного по частоте последовательности электронных сгустков и конусного ондулятора» . Лазерная наука и техника высокой мощности . 4 . DOI : 10,1017 / hpl.2015.35 . ISSN 2095-4719 .