從自由電子激光器到尾場(chǎng)加速器再到電子顯微鏡，對(duì)于各種各樣的高功率科學(xué)儀器，產(chǎn)生具有特定特性的明亮電子束是最重大的挑戰(zhàn)之一。這些儀器可用于研究物質(zhì)的原子能級(jí)性質(zhì)或?qū)⒘Ｗ蛹铀贋楦吣堋?/p>

試圖創(chuàng)造最佳光束的科學(xué)家對(duì)確定產(chǎn)生光束的光電陰極的工作性能的兩個(gè)特殊品質(zhì)感興趣，即它們的量子效率及其固有發(fā)射率。

量子效率測(cè)量所產(chǎn)生的光電子數(shù)與撞擊陰極的光子之比。另一方面，本征發(fā)射率描述了電子發(fā)射時(shí)的電子束發(fā)散。

科學(xué)家對(duì)具有高量子效率和低本征發(fā)射率的陰極最感興趣。但這還不是全部，他們還希望整個(gè)陰極的量子效率和固有發(fā)射率保持恒定。美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的加速器物理學(xué)家邵嘉航說(shuō)：“您可以把我們的陰極想像成電視屏幕。” “我們的陰極由'像素'組成，就像在電視屏幕上一樣，您希望每個(gè)像素具有相似的亮度。”

在來(lái)自Argonne的一項(xiàng)新研究中，Argonne Wakefield Accelerator設(shè)施的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的更快的方法，可以同時(shí)測(cè)量光電陰極的量子效率和本征發(fā)射率的分布，并關(guān)聯(lián)這些分布以更好地了解碲化銫的發(fā)射機(jī)理。陰極，光電陰極的主要類型。

邵說(shuō)，測(cè)量陰極上每個(gè)點(diǎn)的本質(zhì)發(fā)射率(實(shí)際上是逐像素進(jìn)行)是一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程。為了加快速度，研究人員使用了一種稱為微透鏡陣列的設(shè)備來(lái)創(chuàng)建多個(gè)可以同時(shí)測(cè)量的小子束，本質(zhì)上是在形成圖案而不是進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)量。

“這種圖案大大減少了我們對(duì)整個(gè)陰極表面進(jìn)行測(cè)量所需的時(shí)間，因?yàn)槲覀儾槐匾徊揭徊降厝プ?，我們可以同時(shí)對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行采樣，” Shao說(shuō)。

為了測(cè)量子束的發(fā)射率，研究人員使用了一種稱為螺線管的裝置，該裝置將光束聚焦在屏幕上。通過(guò)調(diào)節(jié)螺線管的聚焦強(qiáng)度并測(cè)量相應(yīng)的光束大小，研究人員可以反向構(gòu)造光束的發(fā)射率。

本征發(fā)射率是測(cè)得的總發(fā)射率的一個(gè)組成部分，它包含增長(zhǎng)因子，該增長(zhǎng)因子是由于電子團(tuán)簇(稱為空間電荷)或隨著光束傳播而引入的其他像差所產(chǎn)生的影響。試圖了解陰極本身固有發(fā)射率的科學(xué)家必須以某種方式降低這些復(fù)合效應(yīng)。在這項(xiàng)研究中，通過(guò)仔細(xì)的模擬和實(shí)驗(yàn)努力消除了這種影響。

在研究不同子束的特性時(shí)，研究人員注意到，具有更高量子效率的子束通常也往往具有更高的固有發(fā)射率，這使得設(shè)計(jì)最佳束的努力變得復(fù)雜。邵說(shuō)：“看來(lái)我們總是會(huì)在量子效率和內(nèi)在發(fā)射率之間進(jìn)行某種取舍。” “問(wèn)題是我們?nèi)绾纹胶鈨烧摺?rdquo;

在5月4日出版的《物理評(píng)論加速器和光束》上，發(fā)表了一篇基于該研究的論文，“使用多個(gè)激光小束的射頻光電注入器中碲化銫陰極的快速熱發(fā)射率和量子效率圖” 。