一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法
2023-09-19 03:34:25 1
一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法
【專利摘要】本發明公開了一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法。本發明的評測裝置包括：真空腔室、真空抽氣系統、真空度測量系統、光陰極組件、電源系統、光電子成像系統、數據採集系統、雷射激發系統以及聚焦面鏡。本發明通過在真空腔室內部設置聚焦面鏡，聚焦面鏡的焦點位於光陰極材料的表面，通過調節雷射束的入射位置，實現雷射入射角度的連續變化，並且可以改變雷射的波長和偏振態，可原位測量得到光電子發射特性的全部參數。本發明的方法省去分立角度入射雷射激發模式中頻繁在真空腔室外部調節雷射光路的一系列繁瑣步驟，僅需要改變雷射束的入射位置便可改變入射角度，且克服了分立角度入射帶來的角度不連續問題。
【專利說明】一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光陰極材料性能的評測，具體涉及一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法。
【背景技術】
[0002]光陰極材料是一類具有光電效應的材料，能夠在雷射束激發下產生光電子發射，主要包括銅、鎂、鈮等金屬，砷化鎵、氮化鎵等半導體以及銻-銫、銫-碲、鈉-鉀-銻等二元或多元鹼金屬。光陰極材料的光電子發射性能主要包括量子效率、總發射束流、發射電子角分布、電子的能量分散以及亮度和熱發射度等。
[0003]光陰極是光電倍增管、電子加速器、光電發射電子顯微鏡以及近十年發展起來的具有時間分辨本領的超快電子顯微技術的核心部件之一，其所用光陰極材料的光電子發射性能的優劣對於上述設備的功能參數具有關鍵影響。例如，為了獲得高品質的下一代加速器基光源，如X射線自由電子雷射或能量回收直線加速器X射線源，相應加速器所用的光陰極材料需要具有高量子效率和低熱發射度的特性；在超快電子顯微鏡工作過程中，由脈衝雷射在光陰極材料表面激發出的脈衝電子束的熱發射度能夠決定儀器成像的極限空間解析度，而光陰極材料的量子效率和亮度將制約儀器成像的信號強度。
[0004]在經過完整工藝製造出一種光陰極材料後，需要對其光電子發射性能進行定量評測。測量條件包括:不同雷射入射角度、不同雷射波長、不同雷射偏振態、採用連續或脈衝雷射；測量參數包括:總光電子發射束流、光電子角分布、光電子橫向動量分布以及由上述參數推演得到的亮度和熱發射度。在不同測量條件下測得光電子發射性能參數，一方面為判定光陰極材料在相關應用中的性能指標提供定量依據，另一方面可用於光陰極材料製備工藝參數的優化設計。
[0005]但是，由於光陰極材料的光電子發射性能評測需要在超高真空中進行，而在超高真空中控制雷射角度的連續變化是一個一直無法解決的技術難題。現有控制雷射角度的技術局限於在真空腔壁上開具多個不同角度的透光的法蘭口，因而入射光的角度變化量受到限制且角度值為分立值，因此無法滿足在連續的不同雷射入射角度下參數測量的要求。
【發明內容】
[0006]為了實現在連續變化的雷射入射角度和激發光波長下測量光陰極材料的光電子發射性能參數，本發明提供一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置及其評測方法，通過巧妙的設計實現在各個不同角度和波長下測量光陰極材料的光電子發射性能參數。
[0007]本發明的一個目的在於提供一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置。
[0008]本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置包括:真空腔室、真空抽氣系統、真空度測量系統、光陰極組件、電源系統、光電子成像系統、數據採集系統、雷射激發系統以及聚焦面鏡；其中，真空腔室的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統和真空度測量系統；在真空腔室表面分別設置有機械安裝法蘭口和供電連接法蘭口，光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，並安裝在其內部的連接固定架上，在供電連接法蘭口內設置有多個電極，電極的一端在真空腔室內，連接至光陰極組件，電極的另一端在真空腔室外部，與電源系統相連接；在真空腔室的表面與光陰極組件相對，通過觀察窗法蘭口安裝光電子成像系統；在真空腔室內設置聚焦面鏡，聚焦面鏡的焦點位於光陰極組件中的光陰極材料的表面；在真空腔室的表面設置有雷射入射法蘭口，安裝透明的材料形成入射窗口，位於真空腔室外的雷射激發系統發出雷射束通過入射窗口入射到聚焦面鏡上反射，反射後匯聚到焦點；通過改變雷射束的入射位置，調整入射至光陰極材料表面的角度。
[0009]光陰極組件包括:光陰極材料、陽極、光陰極材料固定架和陽極固定架；其中，陽極為金屬柵網結構，設置在陽極固定架上；光陰極材料設置在光陰極材料固定架上，光陰極材料固定架採用介電材料；光陰極材料固定架和陽極固定架分別通過連接件連接至真空腔室內部的連接固定架上，從而將光陰極組件安裝在真空腔室內。光陰極材料的橫向尺寸需要小於陽極的尺寸，光陰極材料的表面與陽極之間的間距可依據電場要求設計。供電連接法蘭口內設置有陰極電極和陽極電極，在真空腔室內的一端分別通過導線連接至供光陰極材料和陽極，陰極電極處於真空腔室外部的一端連接至電源系統，陽極電極處於真空腔室外部的一端接地。供電後，預測量的光陰極材料的表面與陽極之間將形成強度為兆伏特每米量級的均勻電場，用於縱向加速由入射雷射在光陰極材料表面激發的光電子，使其轟擊至IJ光電子成像系統上，其中，縱向指電場方向；橫向指垂直於電場方向。
[0010]雷射入射至光陰極材料的表面，產生的光電子在電場作用下加速，做拋物線運動。本發明採用加速光電子使光電子做拋物線運動的方法，具有如下優點:1、壓縮了光電子的橫向空間分布範圍，方便數據的讀取；2、將光電子的橫向動量分布轉化為橫向位置分布，將複雜物理量簡化為簡單可測物理量；3、高速運動的光電子可以有效地規避磁場及雜散電磁場對測量數據的影響。
[0011]在真空腔室的表面設置有雷射入射法蘭口，安裝透明的材料形成入射窗口，同時在真空腔室內設置有聚焦面鏡，位於真空腔室外的雷射激發系統發出雷射束通過入射窗口入射到聚焦面鏡上，反射至位於焦點處的光陰極材料的表面，激發光陰極材料產生光電子。連續改變雷射束的入射位置將連續改變雷射束入射至預測量的光陰極材料表面的角度，由此實現雷射入射至光陰極材料表面的角度的連續調控。通過調節雷射器輸出波長實現光陰極雷射激發波長的調控。在雷射光路中引入起偏器實現光陰極雷射激發偏振態的調控。
[0012]雷射激發系統包括雷射器、反射鏡和位移裝置，雷射器發出雷射束至反射鏡，反射鏡安裝在位移裝置上，由位移裝置帶動反射鏡移動，從而帶動雷射束光路移動，實現雷射束的入射位置連續變化。
[0013]真空腔室採用無磁金屬材料，真空腔室內的真空度優於5x10—9 τ。真空腔室的表面通過法蘭口連接真空抽氣系統和真空度測量系統,將真空腔室的內部抽真空,通過實時準確的真空度測量，維持並控制真空腔內的真空度。
[0014]法蘭口採用刀口法蘭，中間用銅圈密封，這種結構能夠實現高溫條件下的超高真空。
[0015]光電子成像系統包括透明的觀察窗、螢光屏和圖像採集裝置；觀察窗通過觀察窗法蘭口安裝在真空腔室的表面；螢光屏通過安裝架安裝在觀察窗的內側；圖像採集裝置通過安裝架安裝在觀察窗的外側。觀察窗採用石英玻璃；螢光屏採用釔鋁石榴石(Ce:YAG)單晶螢光屏，螢光屏在光電子轟擊下會發光，用於獲得光電子橫向分布圖像。在真空腔室外安裝圖像採集裝置，記錄光電子轟擊形成的圖像。採用單晶螢光屏與普通玻璃蒸鍍螢光粉的螢光屏相比具有以下好處:螢光屏亮度更高，有利於成像細節的觀察；表面不會吸附很多氣體，有利於超高真空的保持；單晶材料的螢光屏壽命比螢光粉的螢光屏要長得多。
[0016]數據採集系統通過在真空腔室表面的數據採集法蘭口與真空腔室連接，包括真空機械傳動杆、位置調節架、引線電極、法拉第杯、電流表和計算機；其中，通過數據採集法蘭口安裝真空機械傳動杆，真空機械傳動杆的一端位於真空腔室內，連接位置調節架，在位置調節加上安裝法拉第杯；真空機械傳動杆的另一端位於真空腔室外，通過在真空腔室的外部操作真空機械傳動杆，調控位置調節架的位移。法拉第杯是一個金屬小筒，兩端分別封口，在其中的一個端面開一個小孔，當光電子通過小孔進入金屬小筒，會完全被金屬小筒吸收，用於測試光電子束流大小。數據採集法蘭口內設置有引線電極，引線電極的一端在真空腔室內，與固定在法拉第杯尾部的金屬導線連接；引線電極的另一端在真空腔室外，連接至真空腔室外部的電流表，電流表連接至計算機，可以實時記錄採集到的束流數據。在真空腔室外部，通過真空機械傳動杆的位置調節旋鈕可以調控位於真空腔室內部的法拉第杯的位置，使得法拉第杯位於光陰極組件的正前方，即光陰極組件的陽極正前方，此時將實現總光電子發射束流的測量。
[0017]在數據採集法蘭口旁邊設置檢查窗法蘭口，安裝檢查窗，用於觀察並檢測光陰極組件的安裝位置、雷射束入射至聚焦面鏡及光陰極材料表面的位置。
[0018]進一步，在真空腔室的表面，開設多個固定雷射入射法蘭口，呈規律性間隔分布，在每一個固定雷射入射法蘭口內安裝有透明的材料形成窗口，用於引入在真空腔室外部的雷射器所發射的雷射，通過控制雷射光路，使得雷射從不同位置的固定雷射法蘭口上的透明的窗口入射至光陰極組件中的光陰極材料表面，實現分立的不同雷射入射角度。固定雷射入射法蘭口作為調節雷射入射角度的備用系統，在使用該雷射入射窗口時，聚焦面鏡可以保留在原處，此時僅一半窗口可以使用；若使用所有窗口，則需要將聚焦面鏡取下。
[0019]本發明的另一個目的在於提供一種光陰極材料光電子發射性能的評測方法。
[0020]本發明的光陰極材料光電子發射性能的評測方法，包括以下步驟:
[0021]I)將預測量的光陰極材料通過光陰極材料固定架安裝到光陰極組件中，再將光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，並安裝在其內部的連接固定架上，最後將機械安裝法蘭口與真空腔室連接固定；
[0022]2)用導電連接線將電源系統與供電連接法蘭口的真空腔室外部電極對應連接好，為光陰極組件中的光陰極材料提供陰極電壓，並將陽極接地，利用導電連接線將真空腔室的表面接地；
[0023]3)啟動真空腔抽氣系統，對超高真空腔室內部抽真空，同時，通過真空度測量系統實時測量超高真空內的真空度；
[0024]4)當真空腔的真空度優於5Χ10_9τ時，打開電源系統向光陰極材料供電，使光陰極材料的表面與陽極之間產生均勻電場，緩慢加載陰極電壓，最後使得電場強度達到兆伏特每米量級；
[0025]5)打開雷射激發系統產生雷射束，並適當調節光路，使雷射束入射至預測量的光陰極材料的表面，此時，光陰極材料產生光電子發射，在電場的作用下，光電子將穿越陽極的金屬柵網結構的網孔，經過真空腔室的等電勢自由場，轟擊到對面的螢光屏上或法拉第杯中，分別形成光電子橫向分布圖像，即突光屏上的橫向位置代表光陰極材料發射光電子的橫向分布，或測量得到總光電子發射束流；
[0026]6)通過調整雷射束的入射位置，改變入射至聚焦面鏡的位置，從而改變入射角度，並通過調整雷射光束的波長和偏振態，在不同的測量條件下利用圖像採集裝置記錄光電子橫向分布圖像，利用法拉第杯測量總光電子發射束流，通過光電子橫向分布圖像，得到光電子角分布數據；再利用電場參數推演得到光電子橫向動量分布數據以及熱發射度數據；進而利用總光電子發射束流參數推演得到光電子發射亮度數據，由此，可以在不同雷射入射角度、不同雷射波長、不同雷射偏振態測量條件下，測量得到總光電子發射束流、光電子角分布、光電子橫向動量分布以及由上述參數推演得到的亮度和熱發射度；
[0027]7)光陰極材料的光電子發射性能參數測量完成後，緩慢降低陰極電壓，最後關閉向光陰極材料提供陰極電壓的電源系統。
[0028]本發明用於光陰極材料光電子發射性能的快速測試，將與測量的光陰極材料裝配進入光陰極組件後無需二次調節，且僅需啟動一次真空抽氣系統，待真空腔室內達到超高真空後便可原位測量得到光電子發射特性的全部參數，測試內容全、周期短、效率高。
[0029]本發明的優點:
[0030]本發明通過在真空腔室內部設置聚焦面鏡，聚焦面鏡的焦點位於光陰極材料的表面，通過調節雷射束的入射位置，實現入射角度的連續變化，並且可以改變雷射的波長和偏振態，實現在不同雷射入射角度、不同雷射波長、不同雷射偏振態測量條件下，測量得到總光電子發射束流、光電子角分布、光電子橫向動量分布以及由上述參數推演得到的亮度和熱發射度。本發明的方法省去分立角度入射雷射激發模式中頻繁在真空腔室外部調節雷射光路的一系列繁瑣步驟，僅需要改變雷射束的位置便可改變入射角度，且克服了分立角度入射帶來的角度不連續問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置的結構示意圖，其中，(a)為側視圖，(b)為沿(a)中A-A』線的剖面圖；
[0032]圖2為本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置的光陰極組件和聚焦面鏡的局部放大的剖面圖；
[0033]圖3為本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置的雷射束的入射位置與入射角度之間關係的原理圖；
[0034]圖4本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置的供電連接法蘭口的示意圖；
[0035]圖5為本發明的光陰極材料光電子發射性能評測裝置的數據採集系統的局部的剖面圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。
[0037]如圖1所示，本實施例的光陰極材料光電子發射性能評測裝置包括:真空腔室1、真空抽氣系統10、真空度測量系統、光陰極組件2、電源系統、光電子成像系統3、數據採集系統8、雷射激發系統4及聚焦面鏡5，聚焦面鏡5採用旋轉拋物面反射鏡；其中，真空腔室I的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統10和真空度測量系統；在真空腔室I表面分別設置有機械安裝法蘭口 21和供電連接法蘭口 71，光陰極組件2通過機械安裝法蘭口 21進入真空腔室I內，並安裝在其內部的連接固定架26上，在供電連接法蘭口 71內設置有陽極電極63和陰極電極62，電極的一端在真空腔室I內，連接至光陰極組件2，電極的另一端在真空腔室I外部，與電源系統相連接；在真空腔室I的表面與光陰極組件2相對，通過觀察窗法蘭口 31安裝光電子成像系統3 ;在真空腔室I內設置旋轉拋物面反射鏡，光陰極組件2中的光陰極材料22的表面平行於旋轉拋物面反射鏡的旋轉對稱軸，並且旋轉拋物面反射鏡的焦點位於光陰極材料22的表面；在真空腔室I的表面設置有雷射入射法蘭口 41，安裝石英玻璃形成入射窗口，位於真空腔室外的雷射激發系統4發出雷射束通過入射窗口平行於光陰極材料22的表面入射到旋轉拋物面反射鏡上，反射至焦點處的光陰極材料22的表面；通過改變雷射束與光陰極材料表面之間的距離改變入射至光陰極材料表面的角度；數據採集系統8設置在真空腔室I的頂部，旁邊設置檢查窗法蘭口 91。
[0038]光電子成像系統包括透明的觀察窗32、螢光屏33和圖像採集裝置；觀察窗32通過觀察窗法蘭口 31安裝在真空腔室的表面；螢光屏33通過安裝架安裝在觀察窗32的內側；圖像採集裝置通過安裝架安裝在觀察窗的外側。
[0039]雷射入射法蘭口 41內安裝石英玻璃形成入射窗口，入射窗口的口徑大於旋轉拋物面反射鏡垂直於旋轉對稱軸方向的尺寸。
[0040]在本實施例中，聚焦面鏡5採用旋轉拋物面反射鏡，旋轉拋物面反射鏡的焦點位於光陰極材料的表面，準焦距為50mm,旋轉對稱軸方向鏡面投影長度為22.75mm,垂直於旋轉對稱軸的平面(也即光陰極組件中光陰極材料的表面或陽極的表面所在平面)投影長度為43mm，自正焦面與旋轉拋物面的交線向內(沿拋物面的旋轉對稱軸指向頂點方向定義為內側方向)2mm之間鏡面部分切除，避免阻擋光電子發射。在真空腔室I的表面，開設8個固定雷射入射法蘭口 61，呈規律性間隔分布，以光陰極材料的中心為中心，相鄰的兩個固定雷射入射法蘭口的間隔角為18度或15度。在每一個固定雷射入射法蘭口內安裝有石英玻璃形成雷射入射固定窗口，用於引入在真空腔室外部的雷射器所發射的雷射，雷射從不同的雷射入射固定窗口入射到光陰極材料上，入射至光陰極材料表面的角度不同，實現分立的不同雷射入射角度。
[0041 ] 如圖2所示，光陰極組件2包括:光陰極材料22、陽極23、光陰極材料固定24架和陽極固定架25 ;其中，陽極23為金屬柵網結構，設置在陽極固定架25上；光陰極材料22設置在光陰極材料固定架24上，光陰極材料固定架24採用介電材料；光陰極材料固定架24和陽極固定架25分別通過連接件連接至真空腔室I內部的連接固定架26上，從而將光陰極組件安裝在真空腔室I內。光陰極材料與陽極之間的幾何位置確定，間距5 mm,從而平行於旋轉對稱軸入射的雷射束，入射到光陰極材料22的表面,產生光電子轟擊到光電子成像系統3上。光陰極材料22和陽極23在真空腔室內部的一端分別通過導線連接至供電法蘭口 71內的陰極電極72和陽極電極73，陰極電極72在真空腔室外部的一端連接至電源系統，陽極電極73在真空腔室外部的一端接地。供電後，預測量的光陰極材料的表面與陽極之間將形成強度為兆伏特每米量級的均勻電場，用於縱向加速光電子以壓縮光電子橫向分布範圍。
[0042]如圖3所示，光陰極材料22平行於旋轉拋物面反射鏡的旋轉對稱軸，焦點位於光陰極材料22的表面。雷射激發系統4包括雷射器42、反射鏡43和位移裝置44，雷射器42發出雷射束至反射鏡43，反射後入射至旋轉拋物面反射鏡，反射鏡43安裝在位移裝置44上，由位移裝置44帶動反射鏡43沿垂直於旋轉對稱軸的方向移動，從而帶動雷射束光路移動，實現雷射束與光陰極材料22的表面之間的距離L的連續變化。連續改變雷射束與光陰極材料22表面之間的距離L將連續改變光束入射至光陰極材料表面的入射角度Θ，由此實現雷射束入射至光陰極材料表面的角度的連續調控。
[0043]如圖4示，供電連接法蘭口 71採用刀口法蘭，中間用銅圈密封，通過陶瓷74封接陰極電極72和陽極電極73，陰極電極72和陽極電極73的一端在真空腔室內，分別連接至光陰極組件的光陰極材料22和陽極23，另一端在真空腔室外，陰極電極72的另一端連接至電源系統，用以為光陰極材料22提供陰極電壓，陽極電極73的另一端與地連接。
[0044]如圖5所示，數據採集系統8通過在真空腔室的表面的數據採集法蘭口 81與真空腔室連接，包括真空機械傳動杆82、位置調節架83、引線電極、法拉第杯84、電流表和計算機。通過數據採集法蘭口 81安裝真空機械傳動杆82，真空機械傳動杆82的一端位於真空腔室I內，連接位置調節架83，在位置調節加上安裝法拉第杯84 ;真空機械傳動杆82的另一端位於真空腔室I外，通過在真空腔室I的外部操作真空機械傳動杆，調控位置調節架83的位移。法拉第杯84是一個金屬小筒,兩端分別封口，在其中的一個端面開一個小孔,當光電子通過小孔進入金屬小筒，會完全被金屬小筒吸收，用於測試光電子束流大小。數據採集法蘭口內設置有引線電極，引線電極的一端在真空腔室內，與固定在法拉第杯尾部的金屬導線連接；引線電極的另一端在真空腔室外，連接至真空腔室外部的電流表，電流表連接至計算機，可以實時記錄採集到的束流數據。在真空腔室外部，通過真空機械傳動杆的位置調節旋鈕的真空螺紋85推動真空機械傳動杆，實現真空腔室內外的機械傳動，從而可以調控位於真空腔室內部的法拉第杯的位置，使得法拉第杯位於光陰極組件的正前方，即光陰極組件的陽極正前方，此時將實現總光電子發射束流的測量。在位置調節架83上，安裝位置調節杆86，在安裝光陰極組件及啟動真空抽氣系統之前，調節位置調節杆86，實現法拉第杯位置對準，使法拉第杯小孔的位置處於連接固定架26的機械中心軸上。
[0045]最後需要注意的是，公布實施方式的目的在於幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種光陰極材料光電子發射性能評測裝置，其特徵在於，所述評測裝置包括:真空腔室、真空抽氣系統、真空度測量系統、光陰極組件、電源系統、光電子成像系統、數據採集系統、雷射激發系統以及聚焦面鏡；其中，真空腔室的表面分別通過法蘭口連接真空抽氣系統和真空度測量系統；在真空腔室表面分別設置有機械安裝法蘭口和供電連接法蘭口，光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，並安裝在其內部的連接固定架上，在供電連接法蘭口內設置有多個電極，電極的一端在真空腔室內，連接至光陰極組件，電極的另一端在真空腔室外部，與電源系統相連接；在真空腔室的表面與光陰極組件相對，通過觀察窗法蘭口安裝光電子成像系統；在真空腔室內設置聚焦面鏡，聚焦面鏡的焦點位於光陰極組件中的光陰極材料的表面；在真空腔室的表面設置有雷射入射法蘭口，安裝透明的材料形成入射窗口，位於真空腔室外的雷射激發系統發出雷射束通過入射窗口入射到聚焦面鏡上反射，反射後匯聚到焦點；通過改變雷射束的入射位置，調整入射至光陰極材料表面的角度。
2.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，所述光陰極組件包括:光陰極材料、陽極、光陰極材料固定架和陽極固定架；其中，陽極為金屬柵網結構，設置在陽極固定架上；光陰極材料設置在光陰極材料固定架上，光陰極材料固定架採用介電材料；光陰極材料固定架和陽極固定架分別通過連接件連接至真空腔室內部的連接固定架上，從而將光陰極組件安裝在真空腔室內。
3.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，所述雷射激發系統包括雷射器、反射鏡和位移裝置，雷射器發出雷射束至反射鏡，反射鏡安裝在位移裝置上，由位移裝置帶動反射鏡移動，從而帶動雷射束光路移動，實現雷射束的入射位置連續變化。
4.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，所述光電子成像系統包括透明的觀察窗、螢光屏和圖像採集裝置；觀察窗通過觀察窗法蘭口安裝在真空腔室的表面；螢光屏通過安裝架安裝在觀察窗的內側；圖像採集裝置通過安裝架安裝在觀察窗的外側。
5.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，所述數據採集系統通過在真空腔室表面的數據採集法蘭口與真空腔室連接，包括真空機械傳動杆、位置調節架、引線電極、法拉第杯、電流表和計算機；其中，通過數據採集法蘭口安裝真空機械傳動杆,真空機械傳動杆的一端位於真空腔室內，連接位置調節架，在位置調節加上安裝法拉第杯；真空機械傳動杆的另一端位於真空腔室外，通過在真空腔室的外部操作真空機械傳動杆，調控位置調節架的位移；數據採集法蘭口內設置有引線電極，引線電極的一端在真空腔室內，與固定在法拉第杯尾部的金屬導線連接；引線電極的另一端在真空腔室外，連接至真空腔室外部的電流表，電流表連接至計算機。
6.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，進一步包括多個固定雷射入射法蘭口，在真空腔室的表面，呈規律性間隔分布，在每一個固定雷射入射法蘭口內安裝有透明的材料形成窗口。
7.如權利要求1所述的評測裝置，其特徵在於，所述聚焦面鏡採用旋轉拋物面反射鏡，光陰極組件中的光陰極材料的表面平行於旋轉拋物面反射鏡的旋轉對稱軸，位於真空腔室外的雷射激發系統發出雷射束通過入射窗口平行於光陰極材料的表面入射到旋轉拋物面反射鏡上，反射至焦點處的光陰極材料的表面。
8.一種光陰極材料光電子發射性能的評測方法，其特徵在於，所述評測方法包括以下步驟: 1)將預測量的光陰極材料通過光陰極材料固定架安裝到光陰極組件中，再將光陰極組件通過機械安裝法蘭口進入真空腔室內，並安裝在其內部的連接固定架上，最後將機械安裝法蘭口與真空腔室連接固定； 2)用導電連接線將電源系統與供電連接法蘭口的真空腔室外部電極對應連接好，為光陰極組件中的光陰極材料提供陰極電壓，並將陽極接地，利用導電連接線將真空腔室的表面接地； 3)啟動真空腔抽氣系統,對超高真空腔室內部抽真空，同時,通過真空度測量系統實時測量超高真空內的真空度； 4)當真空腔的真空度優於5Χ10_9τ時，打開電源系統向光陰極材料供電，使光陰極材料的表面與陽極之間產生均勻電場，緩慢加載陰極電壓，最後使得電場強度達到兆伏特每米量級； 5)打開雷射激發系統產生雷射束，並適當調節光路，使雷射束入射至預測量的光陰極材料的表面，此時，光陰極材料產生光電子發射，在電場的作用下，光電子將穿越陽極的金屬柵網結構的網孔，經過真空腔室的等電勢自由場，轟擊到對面的螢光屏上或法拉第杯中，分別形成光電子橫向分布圖像，即突光屏上的橫向位置代表光陰極材料發射光電子的橫向分布，或測量得到總光電子發射束流； 6)通過調整雷射束的入射位置，改變入射至聚焦面鏡的位置，從而改變入射角度，並通過調整雷射光束的波長和偏振態，在不同的測量條件下利用圖像採集裝置記錄光電子橫向分布圖像，利用法拉第杯測量總光電子發射束流，通過光電子橫向分布圖像，得到光電子角分布數據；再利用電場參數推演得到光電子橫向動量分布數據以及熱發射度數據；進而利用總光電子發射束流參數推演得到光電子發射亮度數據，由此，可以在不同雷射入射角度、不同雷射波長、不同雷射偏振態測量條件下，測量得到總光電子發射束流、光電子角分布、光電子橫向動量分布以及由上述參數推演得到的亮度和熱發射度； 7)光陰極材料的光電子發射性能參數測量完成後，緩慢降低陰極電壓，最後關閉向光陰極材料提供陰極電壓的電源系統。
【文檔編號】G01N23/227GK104330430SQ201410446840
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】朱瑞, 徐軍, 張家森, 俞大鵬, 李雪梅, 張敬民, 陳莉, 安辰傑 申請人:北京大學