Фотоинжектор - Photoinjector

А фотоинжектор это источник интенсивных электронные лучи который опирается на фотоэффект. А лазер импульс, падающий на катод фотоинжектора, приводит в движение электроны из нее и в ускоряющее поле электронной пушки.[1] По сравнению с широко распространенными термоэлектронный электронная пушка, фотоинжекторы производят электронные пучки более высокой яркости, что означает, что больше частиц упаковано в меньший объем фазового пространства (излучательная способность луча ). Фотоинжекторы служат основным источником электронов для однопроходных источники синхротронного света, Такие как лазеры на свободных электронах[2] и для сверхбыстрого электронная дифракция настройки.[3] Первый РФ фотоинжектор был разработан в 1985 г. Лос-Аламосская национальная лаборатория 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 состоит из фотокатода, электронной пушки (переменного или постоянного тока), источников питания, управляющей лазерной системы, системы отсчета времени и синхронизации, магнитов компенсации эмиттанса. Он может включать в себя вакуумную систему и систему изготовления или транспортировки катода. Обычно за ним следует диагностика пучка и ускорители более высоких энергий.

Анимация, показывающая, как работает кондиционер линейный ускоритель работает. Для фотоинжектора источником S является катод внутри дробной ячейки, за которым следуют четыре бустерных ячейки РЧ поля.

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 собственного объемный заряд поля, ухудшающие яркость луча. По этой причине фотоэлектронные пушки часто имеют одну или несколько полноразмерных бустерных ячеек для увеличения энергии пучка и уменьшения эффекта пространственного заряда. Пистолет ускоряющее поле является РФ (радиочастотная) волна, обеспечиваемая клистрон или другой источник питания RF. Для низкоэнергетических пучков, например, используемых в электронной дифракции и микроскопии, электростатическое ускорение (DC) подходит.

В фотоэмиссия на катоде инициируется падающим импульсом от приводного лазер. В зависимости от материала фотокатод, длина волны лазера может изменяться 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. Полупроводник 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, фс -масштабный лазерный импульс с эллиптическим поперечным профилем создает тонкий «блиновый» электронный сгусток, который эволюционирует 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]

Примечания

  1. ^ "DESY - PITZ Zeuthen". winweb.desy.de. Получено 2020-09-25.
  2. ^ Emma, ​​P .; Akre, R .; Артур, Дж .; Bionta, R .; Bostedt, C .; Bozek, J .; Брахманн, А .; 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. Дои:10.1038 / nphoton.2010.176. ISSN  1749-4893.
  3. ^ Sciaini, Germán; Миллер, Р. Дж. Дуэйн (01.09.2011). «Фемтосекундная электронная дифракция: знаменует эру динамики с атомным разрешением». Отчеты о достижениях физики. 74 (9): 096101. Bibcode:2011RPPh ... 74i6101S. Дои:10.1088/0034-4885/74/9/096101. ISSN  0034-4885.
  4. ^ Кленденин, Дж. "РФ ФОТОИНЖЕКТОРЫ" (PDF). Получено 7 апреля 2014.
  5. ^ Рао, Тривени; Доуэлл, Дэвид Х. (28 марта 2014 г.). «Инженерное руководство по фотоинжекторам». arXiv:1403.7539 [Physics.acc-ph ].
  6. ^ Luiten, O.J .; van der Geer, S.B .; де Лоос, М. Дж .; Kiewiet, F. B .; ван дер Виль, М. Дж. (25 августа 2004 г.). «Как реализовать однородные трехмерные эллипсоидальные электронные сгустки». Письма с физическими проверками. 93 (9): 094802. Bibcode:2004PhRvL..93i4802L. Дои:10.1103 / PhysRevLett.93.094802. ISSN  0031-9007. PMID  15447108.
  7. ^ Сален, Питер; Базини, Мартина; Бонетти, Стефано; Хеблинг, Янош; Красильников Михаил; Никитин, Алексей Ю .; Шамуйлов, Георгий; Тибай, Золтан; Жаунерчик, Виталий; Горяшко, Виталий (12.12.2019). «Манипуляция материей с помощью сверхвысокочастотного терагерцового света: прогресс в использовании технологии ТГц диапазона». Отчеты по физике. 836-837: 1–74. Bibcode:2019ФР ... 836 .... 1С. Дои:10.1016 / j.physrep.2019.09.002. ISSN  0370-1573.
  8. ^ Ма, Чжуоран; Ван, Чжэ; Фу, Фэйчао; Ван, Руи; Сян, Дао (2016). «Генерация квазиодноциклового импульса ТГц диапазона из последовательности электронных сгустков с частотным чирпом и конусного ондулятора». Лазерная наука и техника высокой мощности. 4. Дои:10.1017 / hpl.2015.35. ISSN  2095-4719.