微通道板(MCP)电子清刷用电子枪的设计

为了满足Φ30mm MCP大束流短时间电子清刷新工艺要求，以轴向电子枪工作原理为基础，利用静电场对电子的作用理论，分析了电子的运动轨迹，并对电子的偏转进行了计算。根据计算结果，设计了电子枪的基本结构，确定了电子枪的各种参数：灯丝材料为Φ0.05mm的钨（75%）铼（25%）合金丝；灯丝形状为“∨”字型；电子枪外径为Φ35mm，高度为20mm，最大加热功率为12.6W时，电子发射电流密度达到1.26×10-5A/cm2。用该电子枪对4块性能相近的Φ30mm MCP电子清刷4h后，MCP的增益值达到500±50。这表明：用新电子枪可以代替原RUS-A型电子枪。     

一种高功率微波源真空保持研究

针对一种陶瓷真空界面、天鹅绒阴极和不锈钢外壳的无氧铜压封高功率微波管,利用真空设计软件VacTran建立了系统抽气模型,模拟了真空室主要材料放气率和抽气曲线;通过吸气剂简单吸气模型,对保真空过程中吸气剂的吸气行为进行了模拟。实验对比了高功率微波管真空室在常温和烘烤状态下抽真空至10-4 Pa量级所需的时间。在真空度满足要求后,采用非蒸散型吸气剂（NEG）作为吸气泵进行保真空实验,静态下保真空超过30 d后,真空度仍维持在210-4 Pa。在此基础上,对保真空状态下的高功率微波管进行加速寿命实验:温度为80 ℃,累计时间超过140 h,真空度仍好于110-2 Pa,据此估计高功率微波管在常温下保持真空度高于110-2 Pa的时间超过1年。     

含负折射率介质的一维光子晶体构成的相干热辐射源的辐射特性及控制

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响,根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法,研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理,测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明:微通道板增益随清刷时间增加而降低,同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同,输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素,并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.     

极紫外微通道板光子计数成像探测器性能研究EI北大核心CSCD

基于CE-3极紫外（EUV）相机最高工作温度为70 ℃的要求,对EUV相机的微通道板（MCP）位置灵敏阳极光子计数成像探测器实验件在70 ℃时的性能进行了研究,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的MCP堆、楔条形感应电荷阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。为了获得稳定的MCP堆电子增益及较小的暗计数率,对MCP堆进行了预处理,包括380 ℃条件下真空高温烘烤18 h,以及电子清刷100 μA·h,并测量了预处理前后暗计数率;测量了探测器工作在室温和70 ℃时的暗计数率、空间分辨率、增益,测量结果表明探测器的空间分辨率为5.66 lp/mm,与室温下空间分辨率相同,暗计数率虽然小于1 counts/（s·cm2）,但70 ℃暗计数率是室温的2~5倍;对探测器的使用寿命进行了初步分析。实验结果和分析表明探测器在空间分辨率、暗计数率、使用寿命等方面均满足EUV相机的要求。     

一种新的投影莫阿三维轮廓测试系统

基于投影莫阿原理,考虑到传统投影莫阿测试系统结构难以达到均匀光照,机械结构相移速度慢且重复精度低的缺点,设计出一种新的投影莫阿三维轮廓投影成像测试系统,利用计算机实时控制亮灭三个光源实现相移,大大提高了系统测试速度,相移重复精度好,采用垂直投影,双电荷耦合器件（CCD）倾斜成像机构,提高了光场的均匀性和可测物范围,该系统特点是测试速度快（全场测量：2s-8s),相移精度高,测量面积大（最大可为300mm*300mm),光强照明均匀,系统测量精度可达40um,详细分析系统关键技术,并给出具体实验结果,结果表明系统的设计原理是成功的,为大面积物体三维轮廓快速测量提供了一种有意义 的思路。     

电子清刷对微通道板增益及输出信噪比的影响

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响,根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法,研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理,测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明:微通道板增益随清刷时间增加而降低,同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同,输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素,并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.     

大面积X射线分幅变像管的设计

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板（MCP）分幅管单元,实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比,不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本,而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm,输出图像直径40 mm,放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm,边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm,几何畸变不超过15%,其分幅特性由MCP分幅单元决定。     

一种双MCP选通型30~40 ps软X射线分幅相机

研制了一种双微通道板（Microchannel Plate,MCP）双选通型软X射线分幅相机.该相机采用两块厚度为0.5 mm的MCP,近贴放置成“V”形结构,用两列高压脉冲依次选通两块级联的MCP,通过控制两列脉冲之间的延迟时间,利用微通道板的电子渡越时间效应和非线性增益的相互作用,以损失一部分电子为代价获得比单MCP（60 ps）选通相机更短的曝光时间,并且可以降低直穿X射线造成的背景光噪音.     

喷管、光腔及压力恢复系统一体化设计

 对氧碘化学激光（COIL）系统的喷管和扩压器进行了3维数值模拟，对比分析了几种喷管和扩压器的设计方案，计算了从光腔入口到扩压器出口的气动力学过程。光腔内主副气流借助翼片辅助方法实现充分混合，翼片长0.77 cm，宽0.254 cm，满足气流混合要求。扩压器是1/4结构，即计算区域为入口截面高30 mm、宽60 mm的长方型，之后等截面延续500 mm，然后宽度仍然不变，高度以4°角扩张，延续700 mm，最终的出口截面高度为79 mm。采用空气入射，入口处（光腔出口）马赫数3.2，静压1 232 Pa，温度110 K；计算得到出口处总压13 300 Pa，总温300 K。结果表明：出口静压超出入口静压近10倍，该扩压器很好地起到了压力恢复的作用，而总压下降到1/4.5左右（从60 648 Pa到13 300 Pa），从而能够减轻后续的引射器的工作压力。利用高光腔压力设计可以减少一级引射器，达到整个系统小型化设计的目的。     

无膜微通道板第三代像增强器的可行性及技术途径探究

砷化镓光阴极的量子效率大大优于超二代多碱光阴极,但由于微通道板(MCP)输入面上的离子阻挡膜的存在,第三代像增强器,即使是薄膜第三代像增强器,相比于同时期技术水平的超二代像增强器,在标准测试条件下的信噪比和分辨力等参数上并无明显优势。通过引入MCP噪声因子的概念,对像增强器光阴极量子效率的有效利用率进行了评价。强调了实现无膜MCP第三代像增强器的必要性,并指明了目前的无膜MCP第三代像增强器开发中所存在的问题,对改善MCP耐电子清刷除气能力及进一步地减少MCP中的有害物种含量的有效方法进行了研究,进而明确了实现高可靠性高性能无膜MCP第三代像增强器的可行性和有效技术途径。     

飞秒电子衍射系统的设计

研发的超快电子衍射系统由超快电子枪、样品室、超快读出系统、电源系统,以及真空系统等组成,该超快电子衍射系统具有较高的时间分辩能力和较强的探测能力.光电阴极是蒸镀于MgFB2窗上的35 nm的银膜,该阴极对266 nm的紫外光比较敏感,有较高的量子效率,又具有很好的化学稳定性.用短磁聚焦系统来实现对光电子的聚焦,有两对偏转板,其中的一对在测量时间脉宽时用作扫描板.用双MCP探测器来增强电子图像的强度,其增益在104以上,具有单电子探测能力.系统的总时间脉宽设计为358 fs.     

四通道X射线MCP行波选通分幅相机

简述了MCP行波选通分幅相机的工作原理及技术指标,报道了最新研制的四通道行波选通分幅相机的研制结果及使用情况,相机可接连拍摄12幅图象,每幅象的曝光时间为60至100ps、空间分辨率15lp/mm时调制度10％,观测时间在几百皮秒至几纳秒内可调.在星光装置上的使用表明相机的实用性强、抗干扰能力高,并在国内首次较全面地测量了各种靶型的时间分辨分幅结果.     

同轴空心阴极氦等离子体的电子激发温度研究

利用同轴空心阴极放电装置,产生氦低温等离子体。通过对等离子体的发射光谱进行测量和计算,研究放电功率以及氦气压强对等离子体的电子激发温度的影响。结果表明:氦低温等离子体的发射光谱主要由连续谱和原子谱线构成,放电功率和压强对谱线的强度具有明显影响。压强的变化不仅影响电子从电场中获得的能量,还会影响电子与原子的碰撞频率,从而导致电子激发温度随着氦气压强的增大,出现先上升后下降的变化趋势。     

基于光电子脉冲展宽的高时间分辨成像技术

为获取超快光脉冲信号,提出了一种基于光电子脉冲准线性展宽的高时间分辨二维成像技术。利用高频时变电场的线性工作区加速光电子脉冲信号,通过优化阴极激励源的电参数,选择光电子进入加速区的时刻实现光电子脉冲的准线性展宽。利用曝光时间100ps的门控选通微通道板在脉冲展宽模块的记录面进行选通曝光成像,实现高时间分辨的二维成像。为改善系统的空间分辨和成像畸变,添加轴向聚焦磁场解决电子漂移区中由电子空间电荷效应引起的时间和空间弥散,对于能量4 keV、出射角0.1°的电子束,聚焦磁场的最佳强度为0.057 T,此时阴极中心位置的空间分辨可达5 1p/mm,阴极边缘位置空间分辨稍差。基于光电子脉冲准线性展宽技术,可将漂移距离50 cm,初始脉宽10 ps的电子脉冲展宽10倍,从而可将门控MCP探测器的时间分辨提高1个量级(即10 ps以内)。     

低噪声、高增益微通道板的研制

降低微通道板噪声和增加其电子增益是改善微光像增强器信噪比、视场清晰度和亮度增益最好的技术途经之一。采用具有高而且稳定的二次电子发射系数的皮料玻璃和与皮料玻璃的热物理性能相匹配且化学腐蚀速率比皮料大4个数量级的芯料玻璃以及与两者在一切工艺过程相匹配的实体边玻璃，通过优化实体边实芯工艺制作出的高性能微通道板，其暗电流密度小于5×10-13A/cm2，固定图案噪声和闪烁噪声明显降低；在真空系统中，经40μAh电子清刷后，电子增益（800V）大于500。制管实验表明：这种微通道板达到了预期效果。     

面源电子枪灯丝的热均匀性分析和设计

测试像增强器荧光屏的亮度均匀性，需要能够发射均匀电子的面源电子枪，设计面源电子枪要对灯丝各点发射的电子数量、电场分布、电子轨迹,以及均匀电子垂直轰击荧光屏几个方面进行理论分析和计算。指出在真空系统中面源电子枪灯丝的热均匀性是使灯丝各点发射的电子数量相等的先决条件，也是灯丝造型设计首先要解决的问题。在真空系统中，热辐射是影响面源电子枪灯丝各点温度的主要因素。参考相关资料，对热辐射均匀性进行了理论分析，推导出3种几何形状的热辐射公式；通过计算和比较，得出了锥状螺旋灯丝的热平衡较好的结论，为下一步电场分析和电子轨迹分析做好了准备。     

Double Electron–Electron Resonance Between Trapped Electron and Hole in a Semiconductor

We demonstrate the spin interactions between dispersedly trapped electrons and holes in a semiconductor using the double electron–electron resonance (DEER) method of the pulsed electron paramagnetic resonance (EPR) techniques. An aluminum-doped titanium dioxide crystal is adopted as a spin system, in which optically generated electrons and holes are trapped, to reveal EPR signals that appear close to each other at a selected crystal orientation under an external magnetic field. We used the four-pulse DEER method by applying two microwave frequencies to a microwave cavity for pumping electrons and probing holes at the optimum temperature of 32 K. The dipolar modulation in the probed signal by pumping interacting spins was successfully detected. The observed non-oscillating decay shape indicates that the detected interaction is caused by widely distributed trapped electron and hole spins over long distances. We were able to extract a spin-pair distribution function by the first derivative of a background-corrected curve, referring to a previously reported method.