Fotoinjektor - Photoinjector

A fotoinjektor je typ zdroje pro intenzivní elektronové paprsky který se opírá o fotoefekt. A laser impuls dopadající na katodu pohonu fotoinjektoru elektrony z toho a do akceleračního pole elektronové zbraně.[1] Ve srovnání s rozšířeným termionický elektronová zbraň, fotoinjektory produkují elektronové paprsky s vyšším jasem, což znamená více částic zabalených do menšího objemu fázového prostoru (vyzařování paprsku ). Fotoinjektory slouží jako hlavní zdroj elektronů pro jednopásmový přenos synchrotronové světelné zdroje, jako lasery s volnými elektrony[2] a pro ultrarychlou elektronová difrakce nastavení.[3] První RF fotoinjektor byl vyvinut v roce 1985 v Národní laboratoř Los Alamos a používá se jako zdroj pro experiment s volným elektronovým laserem.[4][5] Elektronové paprsky s vysokým jasem produkované fotoinjektory se používají přímo nebo nepřímo ke zkoumání molekulární, atomové a jaderné struktury hmoty pro základní výzkum i pro charakterizaci materiálu.

Fotoinjektor se skládá z fotokatody, elektronové zbraně (střídavé nebo stejnosměrné), napájecích zdrojů, hnacího laserového systému, systému časování a synchronizace, magnetů pro kompenzaci emise. Může zahrnovat vakuový systém a výrobu nebo transportní systém katody. Obvykle následuje diagnostika paprsků a urychlovače s vyšší energií.

Animace ukazující, jak AC lineární urychlovač funguje. Pro fotoinjektor je zdrojem S katoda uvnitř frakční buňky, následovaná čtyřmi posilovacími buňkami vysokofrekvenčního pole.

Klíčovou součástí fotoinjektoru je a fotokatoda, který je umístěn uvnitř dutiny elektronové zbraně (obvykle 0,6-frakční článek pro optimální distribuci zrychlujícího pole). Extrahovaný elektronový paprsek trpí svým vlastním vesmírný náboj pole, která zhoršují jas paprsku. Z tohoto důvodu mají fotoelektronová děla často jeden nebo více posilovacích článků v plné velikosti, které zvyšují energii paprsku a snižují efekt prostorového náboje. Zbraň zrychlující pole je RF (vysokofrekvenční) vlna poskytovaná a klystron nebo jiný RF zdroj energie. Pro nízkoenergetické paprsky, jako jsou paprsky používané v elektronové difrakci a mikroskopii, elektrostatické zrychlení (DC) je vhodný.

The fotoemise na katodě je iniciován dopadajícím pulzem z pohonu laser. V závislosti na materiálu fotokatoda, vlnová délka laseru se může pohybovat od 1700 nm (infračervený ) až 100-200 nm (ultrafialový ). Emise ze stěny dutiny jsou možné při vlnové délce laseru asi 250 nm pro měděné stěny nebo katody. Polovodič katody jsou často citlivé na okolní podmínky a mohou vyžadovat čistou přípravnou komoru umístěnou za fotoelektronovou pistolí. Optický systém hnacího laseru je často navržen tak, aby řídil pulzní strukturu a následně distribuci elektronů ve extrahovaném svazku. Například a fs -škálovaný laserový puls s eliptickým příčným profilem vytváří tenkou elektronovou partu „palačinky“, která se pod svými vlastními poli prostorového náboje vyvíjí do rovnoměrně vyplněného elipsoidu.[6] Sofistikovanější laserový puls s hřebenovitým podélným profilem generuje podobně tvarovaný hřebenový elektronový paprsek.[7][8]

Poznámky

  1. ^ „DESY - PITZ Zeuthen“. winweb.desy.de. Citováno 2020-09-25.
  2. ^ Emma, ​​P .; Akre, R .; Arthur, J .; Bionta, R .; Bostedt, C .; Božek, J .; Brachmann, A .; Bucksbaum, P .; Káva, R .; Decker, F.-J .; Ding, Y. (2010). „První laser a provoz laseru s volnými elektrony o vlnové délce ångstrom“. Fotonika přírody. 4 (9): 641–647. Bibcode:2010NaPho ... 4..641E. doi:10.1038 / nphoton.2010.176. ISSN  1749-4893.
  3. ^ Sciaini, Germán; Miller, R J Dwayne (01.09.2011). „Femtosekundová elektronová difrakce: ohlašuje éru atomově rozlišené dynamiky“. Zprávy o pokroku ve fyzice. 74 (9): 096101. Bibcode:2011RPPh ... 74i6101S. doi:10.1088/0034-4885/74/9/096101. ISSN  0034-4885.
  4. ^ Clendenin, J.E. „RF PHOTOINJECTORS“ (PDF). Citováno 7. dubna 2014.
  5. ^ Rao, Triveni; Dowell, David H. (2014-03-28). "Inženýrský průvodce fotoinjektory". arXiv:1403.7539 [physics.acc-ph ].
  6. ^ Luiten, O. J .; van der Geer, S. B .; de Loos, M. J .; Kiewiet, F. B .; van der Wiel, M. J. (2004-08-25). „Jak realizovat jednotné trojrozměrné elipsoidní svazky elektronů“. Dopisy o fyzické kontrole. 93 (9): 094802. Bibcode:2004PhRvL..93i4802L. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.094802. ISSN  0031-9007. PMID  15447108.
  7. ^ Salén, Peter; Basini, Martina; Bonetti, Stefano; Hebling, János; Krasilnikov, Michail; Nikitin, Alexey Y .; Shamuilov, Georgii; Tibai, Zoltán; Zhaunerchyk, Vitali; Goryashko, Vitaliy (12. 12. 2019). „Manipulace s hmotou s extrémním terahertzovým světlem: Pokrok v technologii umožňující THz“. Fyzikální zprávy. 836-837: 1–74. Bibcode:2019PhR ... 836 ... 1S. doi:10.1016 / j.physrep.2019.09.002. ISSN  0370-1573.
  8. ^ Ma, Zhuoran; Wang, Zhe; Fu, Feichao; Wang, Rui; Xiang, Dao (2016). "Generování kvazi-jednocyklového THz pulzu z kmitočtového elektronového svazku vlaků a zúženého undulátoru". High Power Laser Science and Engineering. 4. doi:10.1017 / hpl.2015.35. ISSN  2095-4719.