[go: up one dir, main page]

RU2131629C1 - Electrooptical diffraction measuring device - Google Patents

Electrooptical diffraction measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2131629C1
RU2131629C1 RU97122338A RU97122338A RU2131629C1 RU 2131629 C1 RU2131629 C1 RU 2131629C1 RU 97122338 A RU97122338 A RU 97122338A RU 97122338 A RU97122338 A RU 97122338A RU 2131629 C1 RU2131629 C1 RU 2131629C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
electron
focusing
electrodes
electron beam
Prior art date
Application number
RU97122338A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.В. Андреев
Г.И. Брюхневич
В.С. Белолипецкий
Н.С. Воробьев
С.Р. Иванова
В.И. Лозовой
Г.Б. Колпаков
В.А. Макушина
М.А. Монастырский
А.М. Прохоров
З.М. Семичастнова
А.В. Смирнов
Е.И. Титков
И.А. Ушков
М.Я. Щелев
Original Assignee
Брюхневич Геннадий Иванович
Белолипецкий Владимир Сергеевич
Воробьев Николай Сергеевич
Лозовой Валерий Иванович
Колпаков Геннадий Борисович
Макушина Валентина Алексеевна
Монастырский Михаил Анатольевич
Прохоров Александр Михайлович
Семичастнова Зоя Михайловна
Смирнов Александр Викторович
Титков Евгений Иванович
Ушков Илья Анатольевич
Щелев Михаил Яковлевич
Андреев Сергей Владимирович
Иванова Светлана Романовна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Брюхневич Геннадий Иванович, Белолипецкий Владимир Сергеевич, Воробьев Николай Сергеевич, Лозовой Валерий Иванович, Колпаков Геннадий Борисович, Макушина Валентина Алексеевна, Монастырский Михаил Анатольевич, Прохоров Александр Михайлович, Семичастнова Зоя Михайловна, Смирнов Александр Викторович, Титков Евгений Иванович, Ушков Илья Анатольевич, Щелев Михаил Яковлевич, Андреев Сергей Владимирович, Иванова Светлана Романовна filed Critical Брюхневич Геннадий Иванович
Priority to RU97122338A priority Critical patent/RU2131629C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2131629C1 publication Critical patent/RU2131629C1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment, which displays electron-diffraction pattern with pico- or femtosecond resolution, in particular, for investigations in physics, chemistry, biology, medicine, instruments and industry. SUBSTANCE: device has vacuum chamber which contains serial circuit of photo cathode, focusing system, anode diaphragm, electronic shutter, travelling wave deviation system, unit of targets, detector of electron image and reading system using CCD matrix. In addition to accelerating and focusing electrodes, focusing system has correcting electrode. Parameters of electrodes are in fixed proportion to each other, in order to provide optimal section of electron beam in plane of target under investigation. Planes of target and crossover are joined. This results in focusing of photo cathode image and diffraction pattern in plane of output screen. Housing also has optical windows for supply of laser beams in synchronization with electron pulse to target, which is located in unit of targets which is designed as device with sockets for mounting samples under investigation. EFFECT: increased temporal resolution (down to hundreds of femtoseconds), increased functional capabilities. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к приборам, работающим в электронографическом режиме с пикофемтосекундным временным разрешением, и используется для изучения структур вещества и их изменений при проведении исследований в области физики, химии, геологии, биологии, медицины, материаловедения, в электронной промышленности, в приборо- и машиностроении. The invention relates to electronic equipment, in particular to devices operating in an electronographic mode with a picofemtosecond time resolution, and is used to study the structures of matter and their changes when conducting research in the field of physics, chemistry, geology, biology, medicine, materials science, in the electronic industry, in instrument and mechanical engineering.

Электронно-оптическое дифрактометрическое устройство (ЭОДУ) может служить в качестве фотоэлектронного дифрактометра для проведения экспериментов по сверхбыстрой дифракции электронов на твердотельных или газовых мишенях с возможностью синхронного подогрева мишени излучением лазера и измерением по длительности потока электронов, падающих на мишень, обеспечивая на экране ЭОДУ регистрацию дифракционной картины, анализ которой дает информацию о процессах, происходящих внутри исследуемой среды на атомном и молекулярном уровнях. An electron-optical diffractometric device (EDI) can serve as a photoelectron diffractometer for conducting experiments on ultrafast electron diffraction on solid-state or gas targets with the possibility of synchronously heating the target with laser radiation and measuring the duration of the flux of electrons incident on the target, allowing the diffraction to be recorded on the EDI screen pictures, the analysis of which gives information about the processes occurring inside the investigated medium at the atomic and molecular levels.

Известны электронографы [1-3], использующие явление дифракции электронов для структурного анализа вещества. В таких электронографах источник (холодный острийный катод или термокатод) создает непрерывный поток электронов, которые рассеиваются на исследуемом образце, и с помощью электростатической или электромагнитной электронной линзы фокусируются в плоскости изображений (люминесцентный экран, фотопластинка, ПЗС-матрица и т.п.) как первичный, так и дифрагированный электронные пучки. Electrons are known [1-3], using the phenomenon of electron diffraction for structural analysis of matter. In such electronographs, a source (a cold tip cathode or a thermal cathode) creates a continuous stream of electrons that are scattered on the test sample, and with the help of an electrostatic or electromagnetic electronic lens they focus in the image plane (luminescent screen, photographic plate, CCD matrix, etc.) as primary and diffracted electron beams.

В электронографах наибольшее распространение получили схемы микродифракции электронов высокой энергии (20 - 100 кэВ) от выбранных участков исследуемого образца [4-5]. В этих устройствах применяются источники сверхтонких (несколько десятков ангстрем) электронных пучков и многоэлементные электронные линзы, обеспечивающие точную фокусировку как исходного, так и дифрагированного пучков (нанодифракция), в том числе с увеличением масштаба дифракционных картин. In electronographs, microdiffraction of high-energy electrons (20 - 100 keV) from selected sections of the test sample is most widely used [4-5]. These devices use sources of ultrathin (several tens of angstroms) electron beams and multi-element electron lenses that provide accurate focusing of both the initial and diffracted beams (nanodiffraction), including with an increase in the scale of diffraction patterns.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является электронно-оптическое дифрактометрическое устройство, содержащее в вакуумном объеме плоский фотокатод, за ним расположенные по ходу электронного пучка, конусную электростатическую фокусирующую систему, включающую ускоряющий и фокусирующий электроды для формирования электронного пучка, анодную диафрагму, мишень, люминесцентный экран и микроканальный усилитель яркости [6]. The closest in technical essence to the proposed solution is an electron-optical diffractometric device containing a flat photocathode in the vacuum volume, followed by an electron beam conical electrostatic focusing system, including an accelerating and focusing electrodes to form an electron beam, an anode diaphragm, a target, luminescent screen and microchannel brightness amplifier [6].

Однако известное электронно-оптическое устройство не может работать в режиме регистрации дифракционных картин с фемтосекундным временным разрешением и не позволяет измерять длительность электронного потока, воздействующего на мишень. However, the known electron-optical device cannot operate in the registration mode of diffraction patterns with a femtosecond time resolution and does not allow measuring the duration of the electron flux acting on the target.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение временного разрешения (до сотен фемтосекунд) и расширение функциональных возможностей устройства. An object of the present invention is to increase the time resolution (up to hundreds of femtoseconds) and expand the functionality of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в известное электронно-оптическое дифракционное устройство, содержащее в вакуумном корпусе фотокатод, за ним последовательно расположенные по ходу электронного пучка электростатическую фокусирующую систему, анодную диафрагму, мишень, люминесцентный экран и микроканальный усилитель яркости, за анодной диафрагмой по ходу электронного пучка введен быстродействующий электронный затвор и после электронного затвора введена симметричная меандровая отклоняющая система типа "бегущая волна" (ОСБВ). С обеих концов ОСБВ согласована с коаксиальными, 50- омными разъемами, причем к разъемам, расположенным в начале системы, подводятся управляющие отклоняющие электрические импульсы с длительностью фронта 50-100 пс, а к разъемам, расположенным в конце системы (по ходу движения электронного пучка), подсоединяется нагрузка. The task is achieved by the fact that in the known electron-optical diffraction device containing a photocathode in a vacuum housing, followed by an electrostatic focusing system, an anode diaphragm, a target, a luminescent screen and a microchannel brightness amplifier, sequentially located along the electron beam, behind the anode diaphragm along the electronic A high-speed electronic shutter was introduced, and after the electronic shutter a symmetrical meandering deflecting system of the "traveling wave" type (OSBV) was introduced. On both ends, the OSBV is aligned with coaxial, 50-ohm connectors, and control deflecting electrical pulses with a front duration of 50-100 ps are connected to the connectors located at the beginning of the system, and to the connectors located at the end of the system (along the direction of the electron beam) connects the load.

Далее по ходу движения электронного пучка расположен блок мишеней, представляющий собой устройство с гнездами для установки нескольких взаимозаменяемых образцов, введение которых в плоскость "кроссовера" (плоскость наименьшего сечения электронного пучка) осуществляется с помощью вакуумного штока, управляемого электромагнитом. В блоке мишеней предусмотрено одно пустое гнездо для беспрепятственного прохождения электронного пучка с целью работы ЭОДУ в режиме линейной развертки (стрик-камера) для прямого измерения длительности электронного импульса, воздействующего на мишень. Во второе гнездо установлен люминесцентный экран для пространственного сведения на мишени электронного потока и греющего лазерного излучения. Остальные гнезда используются для установки исследуемых образцов вещества. Further along the movement of the electron beam is a block of targets, which is a device with sockets for installing several interchangeable samples, the introduction of which into the plane of the "crossover" (plane of the smallest section of the electron beam) is carried out using a vacuum rod controlled by an electromagnet. The target block has one empty slot for unhindered passage of the electron beam in order to operate the EDI in linear scanning mode (streak camera) for direct measurement of the duration of the electron pulse acting on the target. A luminescent screen is installed in the second slot for spatial information on the target of the electron beam and heating laser radiation. The remaining nests are used to install the studied samples of the substance.

В вакуумном корпусе предусмотрены специальные оптические окна, установленные с обеих сторон корпуса: одно для подведения греющего лазерного излучения, другое - для визуального наблюдения при сведении на мишень электронного потока и греющего лазерного излучения. Следует отметить, что в оптическую линию греющего лазерного излучения вводится оптическая задержка, позволяющая синхронизовать время прихода на мишень греющего излучения с электронным импульсом. The vacuum case has special optical windows installed on both sides of the case: one for summing up the heating laser radiation, and the other for visual observation when the electron beam and the heating laser radiation are brought to the target. It should be noted that an optical delay is introduced into the optical line of the heating laser radiation, which makes it possible to synchronize the arrival time of the heating radiation to the target with an electronic pulse.

Регистрация фотоэлектронных импульсов и дифракционных картин с люминесцентного экрана дифрактометра осуществляется на считывающее устройство на основе ПЗС-матрицы через микроканальный усилитель яркости. Усилитель яркости устанавливается снаружи вакуумного корпуса дифрактометра и пристыковывается к люминесцентному экрану и ПЗС-матрице через волоконно-оптические диски. Чувствительность системы обеспечивает регистрацию одиночных фотоэлектронов, эмитируемых входным фотокатодом ЭОДУ. The registration of photoelectron pulses and diffraction patterns from the luminescent screen of the diffractometer is carried out on a reader based on a CCD matrix through a microchannel brightness amplifier. The brightness amplifier is installed outside the vacuum diffractometer housing and is attached to the luminescent screen and the CCD through optical fiber disks. The sensitivity of the system ensures the registration of single photoelectrons emitted by the input photocathode of the EDI.

Существенно переработана электростатическая фокусирующая система ЭОДУ с тем, чтобы положение "кроссовера" оставалось в плоскости установки мишеней при изменении анодного напряжения и напряжения между фотокатодом и ускоряющим электродом на ЭОДУ в пределах 20 - 40 кВ и 5-10 кВ соответственно, причем обеспечивалось бы фокусирование на выходном экране как изображения фотокатода, так и дифрагированных на мишени электронных пучков. Она выполнена в виде трех осесимметричных цилиндров-электродов, включающих последовательно расположенные ускоряющий (длина L1), фокусирующий (длина L2) и корректирующий (длина L3) электроды, причем отношение длин электродов и расстояний между ними (l12 и l23), а также расстояния между корректирующим электродом и анодом (l) к диаметру ускоряющего электрода (D) находится в пределах
5.3≤L1/D≤6.5, 1.9≤L2/D≤2.4, 0.31≤L3/D≤0.38, 0.78≤l12/D≤0.96, 2.4≤l23/D≤3.0, 1.2≤l/D≤1.4.
The electrostatic focusing system of the EDI was substantially redesigned so that the crossover position remained in the plane of the target installation when the anode voltage and the voltage between the photocathode and the accelerating electrode on the EDI changed within 20–40 kV and 5–10 kV, respectively, and focusing on the output screen as the image of the photocathode, and electron beams diffracted on the target. It is made in the form of three axisymmetric cylinder-electrodes, including sequentially arranged accelerating (length L 1 ), focusing (length L 2 ) and correcting (length L 3 ) electrodes, and the ratio of the lengths of the electrodes and the distances between them (l 12 and l 23 ) , as well as the distance between the correction electrode and the anode (l) to the diameter of the accelerating electrode (D) is within
5.3≤L 1 /D≤6.5, 1.9≤L 2 /D≤2.4, 0.31≤L 3 /D≤0.38, 0.78≤l 12 /D≤0.96, 2.4≤l 23 /D≤3.0, 1.2≤l / D ≤1.4.

Сопоставительный анализ с прототипом и анализ источников информации показывает, что заявляемое электронно-оптическое дифрактометрическое устройство находится в соответствии с критерием "новизна". Comparative analysis with the prototype and analysis of information sources shows that the claimed electron-optical diffractometric device is in accordance with the criterion of "novelty."

При сравнении формулы изобретения с другими техническими решениями в данной области техники не обнаружено решений, обладающих сходными признаками и решающих аналогичные технические задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию "изобретательский уровень". When comparing the claims with other technical solutions in the art, no solutions are found that have similar features and solve similar technical problems, which allows us to conclude that this solution meets the criterion of "inventive step".

На чертеже представлена схема ЭОДУ. The drawing shows a diagram of the EDI.

Оно содержит расположенные в вакуумном корпусе 1 фотокатод 2, электростатическую фокусирующую систему, состоящую из ускоряющего электрода 3, выполненного в виде цилиндра с мелкоструктурной сеткой, фокусирующего 4 и корректирующего 5 цилиндрических электродов того же диаметра, что и ускоряющий электрод 3, анодную диафрагму 6, электронный затвор 7, отклоняющую систему типа "бегущая волна" 8, блок мишеней 9, люминесцентный экран 11, а также микроканальный усилитель яркости 12 и считывающее устройство на основе ПЗС-матрицы 13, которые устанавливаются снаружи вакуумного объема. В корпусе выполнены специальные окна 10 для подведения греющего лазерного импульса на сменные мишени, находящиеся в блоке мишеней 9. It contains a photocathode 2 located in the vacuum housing 1, an electrostatic focusing system consisting of an accelerating electrode 3 made in the form of a cylinder with a fine-grained mesh, focusing 4 and correcting 5 cylindrical electrodes of the same diameter as the accelerating electrode 3, anode diaphragm 6, electronic a shutter 7, a traveling-wave type deflecting system 8, a target block 9, a luminescent screen 11, as well as a microchannel brightness amplifier 12 and a reader based on a CCD matrix 13, which are installed I am outside the vacuum volume. Special windows 10 are made in the housing for supplying a heating laser pulse to interchangeable targets located in the target block 9.

В фокусирующей электронной системе ЭОДУ размеры и взаимное расположение электродов находятся в фиксированной пропорции друг к другу, что обеспечивает минимальное сечение электронного пучка в плоскости испытуемой мишени в широких пределах изменения энергии электронного пучка, причем плоскости мишени и кроссовера - совмещены. Специальная форма фокусирующей системы позволяет обеспечить требуемые режимы фокусировки, когда напряжение на ускоряющем электроде и анодное напряжения устанавливаются в пределах 5-10 кВ и 20-40 кВ соответственно. In the focusing electronic EDI system, the sizes and relative positions of the electrodes are in a fixed proportion to each other, which ensures a minimum cross section of the electron beam in the plane of the target under test within a wide range of changes in the energy of the electron beam, with the target and crossover planes being combined. A special form of the focusing system allows you to provide the required focusing modes when the voltage on the accelerating electrode and the anode voltage are set between 5-10 kV and 20-40 kV, respectively.

Для обеспечения работы устройства в спектральных диапазонах от инфракрасного до ультрафиолетового может быть установлен соответствующий фотокатод. To ensure the operation of the device in the spectral ranges from infrared to ultraviolet, an appropriate photocathode can be installed.

Введение в устройство считывающей системы на основе ПЗС-матрицы 13 с выходом на компьютер автоматизирует работу устройства: дифракционная картина от мишени в блоке мишеней 9 считывается, записывается, хранится и обрабатывается, а затем визуализируется. Может быть использована электронно-чувствительная ПЗС-матрица, которая устанавливается внутрь корпуса ЭОДУ вместо люминесцентного экрана 11. The introduction to the device of a reading system based on a CCD matrix 13 with an output to a computer automates the operation of the device: the diffraction pattern from the target in the target block 9 is read, written, stored and processed, and then visualized. An electron-sensitive CCD array can be used, which is installed inside the housing of the EDI instead of the luminescent screen 11.

ЭОДУ работает следующим образом. EDI works as follows.

Оптическое излучение в виде импульсов фемтосекундной длительности, попадая на фотокатод 2, вызывает эмиссию фотоэлектронов, которые ускоряются под воздействием электрического поля, образованного между фотокатодом 2 и ускоряющим электродом 3; при этом относительно выравнивается разброс начальных скоростей электронов. Электронный пучок формируется электростатической фокусирующей системой, образованной электродами 3,4 5 и анодной диафрагмой 6, и направляется на расположенный в блоке мишеней 9 исследуемый образец, который синхронно "подогревается" лазерным излучением. За анодной диафрагмой 6 устанавливается электронный затвор 7, пропускающий электронные импульсы только в течение промежутка времени, определяемого временем открывания затвора. Взаимодействуя с мишенью в блоке мишеней 9, электроны дифрагируют на ней, создавая на люминесцентном экране 11 (или ПЗС-матрице 13) дифракционную картину рассеянных на мишени электронов. Варьирование запаздывания между приходом на мишень лазерного и электронного пучков позволяет получать дифракционные изображения, соответствующие этим изменениям. Со считывающего устройства на основе ПЗС-матрицы 13 информация поступает на компьютер и обрабатывается. Анализ дифракционной картины электронного рассеяния на молекулах или атомах вещества мишени позволяет судить о его внутренней структуре, молекулярной температуре, фазовых переходах, процессах фотодиссоциации и т. п. В блоке мишеней 9 для измерения длительности электронных пучков устанавливается пустое гнездо и ЭОДУ работает в режиме фотохронографа с разверткой электронного потока отклоняющей системой на люминесцентном экране 11, при этом считывающее устройство 13 совместно с компьютером используется для определения длительности зондирующего электронного пучка. Во втором окне блока мишеней 9 установлен люминесцентный экран, предназначенный для визуализации процесса пространственного сведения на мишени электронного потока и греющего лазерного импульса. Остальные окна в блоке мишеней 9 заняты исследуемыми мишенями. При проведении экспериментов по возбуждению мишеней "греющий" лазерный импульс синхронно с электронным пучком подается на мишени, расположенные в блоке мишеней 9, через специальные окна 10. Optical radiation in the form of femtosecond pulses, incident on the photocathode 2, causes the emission of photoelectrons, which are accelerated by the electric field formed between the photocathode 2 and the accelerating electrode 3; in this case, the scatter of the initial electron velocities is relatively aligned. The electron beam is formed by an electrostatic focusing system formed by electrodes 3,4 5 and the anode diaphragm 6, and is directed to the test sample located in the block of targets 9, which is synchronously “heated” by laser radiation. Behind the anode diaphragm 6, an electronic shutter 7 is installed, transmitting electronic pulses only for a period of time determined by the time the shutter opens. Interacting with the target in the target block 9, the electrons diffract on it, creating a diffraction pattern of the electrons scattered on the target on the luminescent screen 11 (or CCD matrix 13). Varying the delay between the arrival of the laser and electron beams on the target allows us to obtain diffraction images corresponding to these changes. From a reader based on a CCD matrix 13, the information is transmitted to a computer and processed. An analysis of the diffraction pattern of electron scattering on molecules or atoms of the target material allows one to judge its internal structure, molecular temperature, phase transitions, photodissociation processes, etc. In the target block 9, an empty slot is installed to measure the duration of the electron beams and the EDI operates in the photochronograph mode with by scanning the electronic flow with a deflecting system on the luminescent screen 11, while the reading device 13 together with the computer is used to determine the duration of the probe ruyuschego electron beam. In the second window of the target block 9, a luminescent screen is installed, designed to visualize the spatial reduction process on the target of the electron beam and the heating laser pulse. The remaining windows in the block of targets 9 are occupied by the studied targets. When conducting experiments on the excitation of targets, a "heating" laser pulse is synchronously with the electron beam supplied to the targets located in the target block 9 through special windows 10.

Конструкция электронно-оптического устройства была промоделирована на компьютере с последующей разработкой, изготовлением и испытанием экспериментальных образцов ЭОДУ. Под воздействием 60 фс лазерных импульсов устройство позволяло сформировать однократные фотоэлектронные импульсы длительностью не более 550 фс, содержащие 102 - 103 электронов с энергией 30 кеВ, и обеспечить взаимодействие таких фотоэлектронных импульсов с мишенью - алюминиевой фольгой 300

Figure 00000002
толщины. Угловая расходимость электронного пучка в кроссовере составляла 10-3 - 2•10-2 радиан, размер пятна на мишени - 0.9 мм. Отклоняющая система 8 при работе в режиме дифрактометра могла отключаться, а с помощью электронного затвора 7 можно было "выделять" требуемое количество фотоэлектронных импульсов.The design of the electron-optical device was simulated on a computer with the subsequent development, manufacture and testing of experimental samples of EDI. Under the influence of 60 fs laser pulses, the device made it possible to form single photoelectron pulses with a duration of no more than 550 fs containing 10 2 - 10 3 electrons with an energy of 30 keV, and to ensure the interaction of such photoelectron pulses with a target of 300 aluminum foil
Figure 00000002
thickness. The angular divergence of the electron beam in the crossover was 10 –3 - 2 • 10 –2 radians, and the spot size on the target was 0.9 mm. The deflecting system 8, when operating in the diffractometer mode, could be turned off, and using the electronic shutter 7, it was possible to “select” the required number of photoelectron pulses.

Визуализация и обработка дифракционных картин, полученных на экране устройства, осуществлялась считывающим устройством на основе охлаждаемой ПЗС-матрицы с количеством элементов 1040х1160 и абсолютной чувствительностью 300 фотонов на пиксель на длине волны 530 нм. ПЗС-матрица состыковывалась с экраном ЭОДУ через волоконно-оптические пластины. Кислородно-серебряно-цезиевые (S1) и мультищелочные (S20) фотокатоды вводились в отпаянный объем ЭОДУ методом вакуумного манипулятора. Была показана возможность работы ЭОДУ в УФ, видимом и ИК спектральных диапазонах. Visualization and processing of diffraction patterns obtained on the screen of the device was carried out by a reader based on a cooled CCD matrix with the number of elements 1040x1160 and an absolute sensitivity of 300 photons per pixel at a wavelength of 530 nm. The CCD was docked to the EDI screen through fiber optic plates. Oxygen-silver-cesium (S1) and multi-alkaline (S20) photocathodes were introduced into the sealed volume of the EDI using the vacuum manipulator method. The possibility of the operation of EDI in the UV, visible and IR spectral ranges was shown.

Ниже приводятся сравнительные данные, полученные в прототипе и в заявляемом изобретении при взаимодействии с алюминиевой мишенью 30 КэВ фотоэлектронного импульса, полученного от лазерного импульса, имевшего длительность 60 фс. The following are comparative data obtained in the prototype and in the claimed invention when interacting with an aluminum target of 30 keV photoelectron pulse obtained from a laser pulse having a duration of 60 fs.

В прототипе:
тип фотокатода - A1 фотокатод,
тип мишени - A1 фольга,
толщина мишени - 150

Figure 00000003
,
длительность лазерного импульса на фотокатоде - 15 пс,
длительность фотоэлектронного импульса на мишени - <100 пс,
размер электронного пятна на мишени - 3 мм,
число электронов в одиночной вспышке - 103-105
В заявляемом решении:
тип фотокатода - S1/S20
тип мишени - A1,
толщина мишени - 300
Figure 00000004
,
длительность лазерного импульса на фотокатоде - 60 фс,
длительность фотоэлектронного импульса на мишени - <550 фс
размер электронного пятна на мишени - 0,5-1 мм
число электронов в одиночной вспышке - 102-103
1. Разработанное устройство может работать в режиме дифрактометра или в режиме электронографа и позволяет измерять длительность зондирующих мишени фотоэлектронных импульсов в фемтосекундном диапазоне при проведении экспериментов по сверхбыстрой дифракции электронов на твердотельных и газообразных мишенях. Повысилось временное разрешение - двумерные картины исследуемых процессов получены на дифрактометре с разрешением 550 фс, что почти в 200 раз превосходит прототип.In the prototype:
photocathode type - A1 photocathode,
target type - A1 foil,
target thickness - 150
Figure 00000003
,
the duration of the laser pulse at the photocathode is 15 ps,
the duration of the photoelectron pulse on the target is <100 ps,
the size of the electron spot on the target is 3 mm,
the number of electrons in a single flash - 10 3 -10 5
In the claimed decision:
Photocathode Type - S1 / S20
target type - A1,
target thickness - 300
Figure 00000004
,
photocathode laser pulse duration - 60 fs,
the duration of the photoelectron pulse on the target is <550 fs
the size of the electron spot on the target is 0.5-1 mm
the number of electrons in a single flash - 10 2 -10 3
1. The developed device can operate in the diffractometer mode or in the electron diffraction mode and allows measuring the duration of the probing photoelectron pulses in the femtosecond range during experiments on ultrafast electron diffraction on solid and gaseous targets. The temporal resolution increased - two-dimensional pictures of the processes under study were obtained on a diffractometer with a resolution of 550 fs, which is almost 200 times higher than the prototype.

2. Ширина спектральной области, в зависимости от типа и чувствительности используемого в устройстве фотокатода, охватывала УФ, видимый и инфракрасный диапазоны. 2. The width of the spectral region, depending on the type and sensitivity of the photocathode used in the device, covered the UV, visible and infrared ranges.

3. Технические возможности прибора расширились благодаря разработанному считывающему устройству, совместимому с компьютером, что позволяет автоматизировать обработку полученных данных, на основе охлаждаемой ПЗС-матрицы, работающей в режиме медленного сканирования и обеспечивающей регистрацию одиночных фотоэлектронов. 3. The technical capabilities of the device have been expanded thanks to a developed computer-compatible reader that allows you to automate the processing of data obtained on the basis of a cooled CCD matrix operating in slow scanning mode and providing registration of single photoelectrons.

Литература:
1. 3. Г. Пинскер. Дифракция электронов. М.; Л. Издательство АН СССР, 1949, 404 с.
Literature:
1. 3. G. Pinsker. Electron diffraction. M .; L. Publishing house of the Academy of Sciences of the USSR, 1949, 404 p.

2. Вайнштейн. Структурная электронография. М., Изд-во АН СССР, 1956, 320 с. 2. Weinstein. Structural electron diffraction. M., Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1956, 320 p.

3. Б. Б. Звягин. Методы дифракции электронов и решаемые ими задачи. В книге "Методы структурного анализа" М., Изд-во "Наука", 1989. 3. B. B. Zvyagin. Electron diffraction methods and the tasks they solve. In the book "Methods of structural analysis" M., Publishing house "Science", 1989.

4. Fifty years of electron diffraction. /Ed. P. Goodman. Dordrecht: Reidel, 1981, 440 p. 4. Fifty years of electron diffraction. / Ed. P. Goodman. Dordrecht: Reidel, 1981, 440 p.

5. Б.Б. Звягин, А.Н. Горшков. Электронная микроскопия и дифракция электронов (микродифракция). Методы электронной микроскопии минералов. М.; Изд-во "Наука", 1969, с. 207 - 310. 5. B.B. Zvyagin, A.N. Gorshkov. Electron microscopy and electron diffraction (microdiffraction). Methods of electron microscopy of minerals. M .; Publishing House "Science", 1969, p. 207 - 310.

6. G. Mourou, S.Williamson. Picosecond electron diffraction. Appl. Phys. Lett. 41 (1), 1 July 1982, pp. 44-45. Прототип. 6. G. Mourou, S. Williamson. Picosecond electron diffraction. Appl. Phys. Lett. 41 (1), 1 July 1982, pp. 44-45. Prototype.

Claims (4)

1. Электронно-оптическое дифракционное устройство, содержащее в вакуумном корпусе последовательно расположенные по ходу электронного пучка фотокатод, электростатическую фокусирующую систему, анодную диафрагму, мишень и регистратор электронного изображения, отличающееся тем, что в него введены электронный затвор, отклоняющая система типа "бегущая волна" и считывающее устройство на основе ПЗС-матрицы, причем электронный затвор расположен за анодной диафрагмой, отклоняющая система расположена между электронным затвором и мишенью, а считывающее устройство на основе ПЗС-матрицы установлено за микроканальным усилителем яркости снаружи корпуса. 1. Electron-optical diffraction device containing a photocathode sequentially arranged along the electron beam in the vacuum housing, an electrostatic focusing system, an anode diaphragm, a target and an electronic image recorder, characterized in that an electronic shutter is inserted into it, a traveling wave-type deflecting system and a reader based on a CCD matrix, wherein the electronic shutter is located behind the anode diaphragm, the deflecting system is located between the electronic shutter and the target, and A CCD based luminaire is installed behind a microchannel brightness amplifier outside the casing. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусирующая электростатическая система выполнена в виде трех осесимметричных цилиндров-электродов и включает дополнительно к последовательно расположенным ускоряющему длиной L1 и фокусирующему длиной L2 электродам, корректирующий электрод длиной L3, причем отношение длин электродов и расстояний между ними l12 и l23, а также расстояния между корректирующим электродом и анодом l к диаметру ускоряющего электрода D находится в пределах
5,3≤L1/D ≤6,5, 1,9≤L2/D≤2,4, 0,31≤L3/D≤0,38, 0,78≤l12/D≤0,96, 2,4 ≤l23/D≤3,0, 1,2≤l/D≤1,4,
что обеспечивает фокусирование в плоскости выходного экрана как изображение фотокатода, так и дифракционной картины, причем геометрическое положение кроссовера остается в плоскости размещения мишени независимо от изменения ускоряющих напряжений.
2. The device according to claim 1, characterized in that the focusing electrostatic system is made in the form of three axisymmetric cylinder-electrodes and includes, in addition to sequentially accelerating length L 1 and focusing length L 2 electrodes, a correction electrode of length L 3 , the ratio of the lengths of the electrodes and the distances between them l 12 and l 23 , as well as the distance between the correction electrode and the anode l to the diameter of the accelerating electrode D is within
5.3≤L 1 / D ≤6.5, 1.9≤L 2 / D≤2.4, 0.31≤L 3 / D≤0.38, 0.78≤l 12 / D≤0, 96, 2.4 ≤l 23 / D≤3.0, 1.2≤l / D≤1.4,
this ensures focusing in the plane of the output screen both the image of the photocathode and the diffraction pattern, and the geometrical position of the crossover remains in the plane of the target location regardless of the change in accelerating voltages.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введены дополнительные мишени, собранные в блок, представляющий собой устройство с гнездами для установки нескольких взаимозаменяемых мишеней, введение которых в плоскость кроссовера осуществляется с помощью вакуумного штока, управляемого электромагнитом, причем одно гнездо оставлено пустым для беспрепятственного прохождения электронного пучка и последующего измерения его длительности, во второе гнездо установлен люминесцентный экран для пространственного сведения электронного потока и греющего лазерного излучения, а остальные гнезда используются для установления исследуемых образцов. 3. The device according to claim 1, characterized in that additional targets are assembled in a block, which is a device with sockets for installing several interchangeable targets, the introduction of which into the plane of the crossover is carried out using a vacuum rod controlled by an electromagnet, with one socket left empty for the unhindered passage of the electron beam and the subsequent measurement of its duration, a luminescent screen is installed in the second slot for spatial information of the electron beam and laser radiation, and the remaining nests are used to establish the studied samples. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вакуумном корпусе выполнены одинаковые оптические окна, одно из которых служит для подведения лазерного излучения синхронно с электронным просвечивающим импульсом к мишени, расположенной в блоке мишеней, другое - для визуального наблюдения. 4. The device according to claim 1, characterized in that the same optical windows are made in the vacuum casing, one of which serves to bring the laser radiation synchronously with the electronic transmission pulse to the target located in the target block, the other for visual observation.
RU97122338A 1997-12-30 1997-12-30 Electrooptical diffraction measuring device RU2131629C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97122338A RU2131629C1 (en) 1997-12-30 1997-12-30 Electrooptical diffraction measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97122338A RU2131629C1 (en) 1997-12-30 1997-12-30 Electrooptical diffraction measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2131629C1 true RU2131629C1 (en) 1999-06-10

Family

ID=20200922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97122338A RU2131629C1 (en) 1997-12-30 1997-12-30 Electrooptical diffraction measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2131629C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003019163A1 (en) * 2001-08-28 2003-03-06 Vadim Israilovich Rakhovski Method for determining the structure of a polyatomic molecule.
CN100514047C (en) * 2005-04-22 2009-07-15 中国科学院物理研究所 Femtosecond electronic diffraction device
WO2013058672A1 (en) * 2011-10-18 2013-04-25 Schlumberger Holdings Limited A method for 3d mineral mapping of a rock sample

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0187087A1 (en) * 1984-12-14 1986-07-09 Thomson-Csf Light-sampling device and transients analysis system making use of it
US5180908A (en) * 1990-09-14 1993-01-19 Hamamatsu Photonics K.K. Device for deriving a change of time-dependent information by converting the information to positional-dependent information
US5278403A (en) * 1991-04-29 1994-01-11 Alfano Robert R Femtosecond streak camera
RU2024986C1 (en) * 1990-11-13 1994-12-15 Дашевский Борис Ефимович Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization
RU2061979C1 (en) * 1992-08-14 1996-06-10 Олег Ефимович Шорников Electrooptical transducer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0187087A1 (en) * 1984-12-14 1986-07-09 Thomson-Csf Light-sampling device and transients analysis system making use of it
US5180908A (en) * 1990-09-14 1993-01-19 Hamamatsu Photonics K.K. Device for deriving a change of time-dependent information by converting the information to positional-dependent information
RU2024986C1 (en) * 1990-11-13 1994-12-15 Дашевский Борис Ефимович Method of determination of temporary energetic structure of pulse optic signals and device for its realization
US5278403A (en) * 1991-04-29 1994-01-11 Alfano Robert R Femtosecond streak camera
RU2061979C1 (en) * 1992-08-14 1996-06-10 Олег Ефимович Шорников Electrooptical transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
''Appl. Phys. Lett. '' N 41(1), 1 july 1982, pp.44 - 45. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003019163A1 (en) * 2001-08-28 2003-03-06 Vadim Israilovich Rakhovski Method for determining the structure of a polyatomic molecule.
CN100514047C (en) * 2005-04-22 2009-07-15 中国科学院物理研究所 Femtosecond electronic diffraction device
WO2013058672A1 (en) * 2011-10-18 2013-04-25 Schlumberger Holdings Limited A method for 3d mineral mapping of a rock sample

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0069750B1 (en) Emission-electron microscope
US20130126727A1 (en) Time-of-Flight Electron Energy Analyzer
US7609815B2 (en) High brightness—multiple beamlets source for patterned X-ray production
EP0243060B1 (en) A charged particle energy analyser
Kilkenny et al. National Diagnostic Working Group (NDWG) for inertial confinement fusion (ICF)/high-energy density (HED) science: The whole exceeds the sum of its parts
Andreev et al. Ultrafast transmission electron microscope for studying the dynamics of the processes induced by femtosecond laser beams
Cai et al. Development of an ultrafast detector and demonstration of its oscillographic application
RU2131629C1 (en) Electrooptical diffraction measuring device
Schelev et al. 500-fs photoelectron gun for time-resolved electron diffraction experiments
PL233846B1 (en) Secondary electron photon transmission emission microscope
US3885157A (en) Electron beam image processing device
KR102041212B1 (en) Measurement system for x-ray spectroscopy and imaging
Kim et al. Divergence study and emittance measurements for the electron beam emitted from a diamond pyramid
US2405306A (en) Electronic microanalyzer monitoring
Schomas et al. A compact design for velocity-map imaging of energetic electrons and ions
US6897441B2 (en) Reducing chromatic aberration in images formed by emmission electrons
Jaanimagi et al. Time‐resolving x‐ray diagnostics for ICF
Jing-Jin et al. Design of a large-format high-resolution streak camera with a planar photocathode
Tou et al. Magnetic field mapping using an image‐intensifying fluorescent probe
Aballe et al. Pulse picking in synchrotron-based XPEEM
Offi et al. Design and test of a lens system for a high energy and high resolution electron spectrometer
Schelev Femtosecond photoelectronics—past, present, and future
Kranz et al. Capillary optics for full‐field x‐ray detectors with a magnification factor of 40 and 2.4 μ m spatial resolution
Aseev et al. Visualization of the spatio-temporal structure of a pulsed photoelectron beam formed by femtosecond laser radiation
Zheleznov et al. Experimental technique of passive optical diagnostics of plasma