飞秒电子衍射

本文搭建了一套飞秒电子衍射系统.取得了初步的结果,并做了粗浅的讨论.     

超快电子衍射系统的时间空间分辨能力研究及其优化

超快电子衍射技术是研究物质瞬态结构变化及超快结构动力学的有效手段.研制了国内第一套同时具有超快时间分辨及超高空间分辨能力的超快电子衍射系统,并研究了在该超快电子衍射系统上实现超快时间分辨及超高空间分辨能力的技术手段及其优化方法.实验结果表明：经过优化后该系统可以具有优于500 fs的时间分辨能力,其空间分辨能力达到0.04%的衍射峰位置变化,对应的晶面变化为0.0005?.该系统可以为实时测量超快光脉冲激发的物质瞬态结构变化,特别是为研究晶体材料的超快动力学行为提供了强有力的实验工具. 关键词： 超快电子衍射 空间分辨 时间分辨     

一种飞秒电子衍射系统的设计与分析

设计了飞秒电子衍射系统,详细分析了影响系统时间分辨率的因素,如阴极的材料及厚度、阴极附近场强、聚焦方式、偏转灵敏度及扫描速度等.设计的电子枪采用35 nm厚的Ag阴极,阴栅之间场强为10 kV/mm,磁线圈聚焦,偏转灵敏度为26.3 mm/kV的平折扫描板,5.5 kV/ns的扫描电压斜率,最终获得了1.45×108 m/s的扫描速度.计算出系统总的时间分辨率为500 fs左右.     

基于相对论修正的飞秒电子衍射系统

对工作于扫描状态下的飞秒电子衍射系统电子束偏转量的计算方法作了理论研究.讨论了超短电子脉冲宽度的测量方法,比较了相对论效应对电子束的偏转量及对电子束脉冲宽度的的影响,并做了相应的数值计算.计算结果显示,在忽略了电场的边缘效应等因素后,电子束轴向速度的相对论修正与否对偏转距离和电子束脉冲宽度的影响分别达到20 mm和65 fs.     

基于相对论修正的飞秒电子衍射系统

对工作于扫描状态下的飞秒电子衍射系统电子束偏转量的计算方法作了理论研究.讨论了超短电子脉冲宽度的测量方法,比较了相对论效应对电子束的偏转量及对电子束脉冲宽度的的影响,并做了相应的数值计算.计算结果显示,在忽略了电场的边缘效应等因素后,电子束轴向速度的相对论修正与否对偏转距离和电子束脉冲宽度的影响分别达到20 mm和65 fs.     

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.     

超快电子衍射仪理论及实验研究

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统,理论时间分辨能力达到300 fs,空间分辨能力160 lp/mm,并对该系统进行了静态性能分析。实验表明,优化后系统电子束直径约为300 m,电子打靶角度约为0.09,同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验,分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。     

超快电子衍射仪理论及实验研究

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统,理论时间分辨能力达到300 fs,空间分辨能力160 lp/mm,并对该系统进行了静态性能分析。实验表明,优化后系统电子束直径约为300 m,电子打靶角度约为0.09,同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验,分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。     

电子脉冲在飞秒电子衍射系统中的传输特性

优化设计了一套超快电子衍射系统.用轨迹追踪法讨论了光电子在阴极上有150 fs的时间弥散量，及其静态、动态特性(电子束斑、时间弥散、方位角、倾角)在超快电子衍射系统中的传输情况.用Monte Carlo方法对光电子的初始状态进行抽样、用有限差分法计算二维、三维空间电场分布，用有限元法计算磁场分布.     

基于相对论修正的超快电子枪偏转扫描系统的理论研究

对工作于扫描状态下的飞秒电子衍射系统电子枪偏转量的计算方法作了理论研究,讨论了超快电子脉冲的测量方法,比较了相对论效应对电子束的偏转量及对电子束脉冲宽度的计算结果的影响,并做了相应的数值计算。计算结果显示,在忽略了电场的边缘效应等因素后,电子束轴向速度的相对论修正与否对偏转距离和电子束脉冲宽度的影响分别达到61.4 mm和65 fs。研究结果对超快电子枪偏转扫描系统的设计、对超短电子脉冲宽度的测量方法,尤其是对超短电子脉冲宽度的测量过程中的同步实验具有一定的指导意义。     

单模块直线变压器脉冲前沿

从理论上对直线变压器驱动源（LTD）输出脉冲波形的前沿进行了分析,研究了不同前沿畸变情况下对应的电路参数,并给出了计算方法,得到了相对电压和相对时间的关系曲线。根据理论分析设计了单模块LTD,并根据设计参数进行了数值模拟,模拟得到的输出脉冲前沿约30 ns、平顶约130 ns、幅值约125 kV。最后进行了单模块LTD实验,测得输出脉冲前沿约35 ns、平顶约130 ns、幅值约125 kV的输出脉冲,与模拟结果基本一致。由于负载不完全匹配等因素的影响,波形后沿较差且有振荡,但仍符合设计要求。     

超快电子衍射技术及其应用

时间和空间上实时观测原子运动对于自然科学研究有着非常重大的意义, 而超快电子衍射(UED)技术同时具备飞秒激光脉冲的高时间分辨特性和电子衍射技术的高空间特性, 可以为实时观测原子级分辨尺度物质的结构变化提供一种有效工具. 本文综述了超快电子衍射技术的发展历史、实验方法以及相关应用, 并且展望了超快电子衍射技术未来的发展.     

An accurate dynamical electron diffraction algorithm for reflection high-energy electron diffraction

The conventional multislice method (CMS) method, one of the most popular dynamical electron diffraction calculation procedures in transmission electron microscopy, was introduced to calculate reflection high-energy electron diffraction (RHEED) as it is well adapted to deal with the deviations from the periodicity in the direction parallel to the surface. However, in the present work, we show that the CMS method is no longer sufficiently accurate for simulating RHEED with the accelerating voltage 3–100 kV because of the high-energy approximation. An accurate multislice (AMS) method can be an alternative for more accurate RHEED calculations with reasonable computing time. A detailed comparison of the numerical calculation of the AMS method and the CMS method is carried out with respect to different accelerating voltages, surface structure models, Debye–Waller factors and glancing angles.     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

 采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度

研究了飞秒激光成丝诱导铜击穿光谱,利用光发射光谱对产生的铜等离子体光谱强度沿着丝长度进行了测量,获得了在不同样品与聚焦透镜间距离的Cu(I)的强度分布.结果显示,由于强度钳箍效应成丝诱导的光谱在较大的透镜样品间距离范围内有较强的辐射强度.另外,利用玻尔兹曼图和斯塔克展宽计算了整个成丝繁衍距离中Cu等离子体温度和电子密度.     

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示：在较低的能段,超热电子能谱先是呈现一个局部的平台,然后迅速衰减,呈现非类麦克斯韦分布,这是由于几种加热机制共同作用,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速;在较高的能段,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度,其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。