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高亮度的电子束团通常在短波长的自由电子激光(FEL)、能量回收直线加速器(ERL)和高能直线对撞机中使用。电子束团的品质基本上由电子源决定,阴极是电子源中产生电子的关键部分。光阴极是现在最有前景的阴极,为使光阴极高效工作,研究了锑钾铯(K-Cs-Sb)光阴极制备、正电子亲和势(PEA)半导体光阴极光电子发射理论和Cu光阴极激光清洗。
K-Cs-Sb光阴极在可见光下有高量子效率(QE),强射频(RF)电场和实用真空下寿命较长。它含有元素Cs,因此需在超高真空(UHV)下制备、转移及工作。简要介绍K-Cs-Sb光阴极制备装置及一些仪器功能。并提出基于此制备装置的UHV获得、基底清洗和K-Cs-Sb光阴极制备过程和性能测试实验。装置经过简单改装后,可制备负电子亲和势(NEA)光阴极和处理金属光阴极。
人们发展了许多种描述光电子发射过程的理论模型,但经过数十年的研究半导体光阴极光电子发射精确理论还没有成功建立。影响PEA半导体光阴极QE的因素有很多,比如:半导体禁带宽度,电子亲和势,光子能量,光入射角度,光的偏振态,折射率,消光系数,初/末态电子能量,驰豫时间,外部加速电场等,它们将在基于三步光电子发射模型的反射式PEA半导体光阴极的QE理论计算公式中得到体现。另外,基于532nm激光照射下的K2CsSb光阴极,用计算机程序模拟验证了PEA半导体光阴极QE理论公式正确性。模拟还发现激光入射角度对光阴极QE影响较大;而激光偏振态、电场强度和温度变化时,光阴极QE几乎无变化。搭建简易实验平台证实理论模拟结果,并对造成理论与实验值细微差别的原因进行了讨论。
在UHV和无外加电场的条件下,基于脉冲激光消融技术的激光清洗是去掉Cu光阴极表面污染物的有效方法。SDUV的Cu光阴极经过两次激光清洗后,电荷量由120pC增加到200pC,QE得到一定程度恢复。热膨胀清洗力和范德瓦尔斯力为基础建立起的ps脉冲激光清洗Cu光阴极理论,可用于解释光阴极中心区域与非中心区域为什么有不同清洗效果。同时激光清洗后暗电流变大原因也得到简要分析。