Fotoiniektor

Fotoiniektor jest rodzajem źródła intensywnych wiązek elektronów , które opiera się na efekcie fotoelektrycznym . Impuls laserowy padający na katodę fotoiniektora wypycha elektrony z niej do przyspieszającego pola działa elektronowego. W porównaniu z szeroko rozpowszechnionym termionowym działem elektronowym , fotowtryskiwacze wytwarzają wiązki elektronów o większej jasności, co oznacza upakowanie większej liczby cząstek w mniejszej objętości przestrzeni fazowej ( emisja wiązki ). Fotoiniektory służą jako główne źródło elektronów dla jednoprzebiegowych synchrotronowych źródeł światła , takich jak lasery na swobodnych elektronach i ultraszybkich konfiguracjach dyfrakcji elektronów . Pierwszy RF został opracowany w 1985 roku w Los Alamos National Laboratory i wykorzystany jako źródło do eksperymentu z laserem na swobodnych elektronach. Wiązki elektronów o wysokiej jasności wytwarzane przez fotoiniektory są wykorzystywane bezpośrednio lub pośrednio do badania struktury molekularnej, atomowej i jądrowej materii w badaniach podstawowych oraz charakteryzowaniu materiałów.

Fotoiniektor składa się z fotokatody, wyrzutni elektronowej (AC lub DC), zasilaczy, układu lasera sterującego, układu rozrządu i synchronizacji, magnesów kompensujących emisję. Może obejmować system próżniowy i wytwarzanie katody lub system transportu. Zwykle następuje diagnostyka wiązki i akceleratory o wyższej energii.

akcelerator liniowy AC . W przypadku fotoiniektora źródłem S jest katoda wewnątrz komórki ułamkowej, po której następują cztery komórki wzmacniające pola RF.

Kluczowym elementem fotoiniektora jest fotokatoda , która znajduje się we wnęce działa elektronowego (zwykle jest to ogniwo ułamkowe 0,6 dla optymalnego rozkładu pola przyspieszającego). Wydobyta wiązka elektronów cierpi z powodu własnych kosmicznych , które pogarszają jasność wiązki. Z tego powodu działa fotoelektronowe często mają jedno lub więcej pełnowymiarowych ogniw wspomagających, aby zwiększyć energię wiązki i zmniejszyć efekt ładunku kosmicznego. Pole przyspieszające działa to fala RF (częstotliwości radiowej) dostarczana przez klistron lub inne źródło zasilania RF. W przypadku wiązek niskoenergetycznych, takich jak stosowane w dyfrakcji elektronów i mikroskopii, odpowiednie jest przyspieszenie elektrostatyczne (DC).

Fotoemisja na katodzie jest inicjowana przez padający impuls lasera sterującego . W zależności od materiału fotokatody , długość fali lasera może wahać się od 1700 nm ( podczerwień ) do 100-200 nm ( ultrafiolet ). Emisja ze ściany wnęki jest możliwa przy długości fali lasera około 250 nm dla ścianek miedzianych lub katod. półprzewodnikowe są często wrażliwe na warunki otoczenia i mogą wymagać czystej komory przygotowawczej umieszczonej za działem fotoelektronów. Układ optyczny lasera sterującego jest często zaprojektowany do sterowania strukturą impulsu, a co za tym idzie rozkładem elektronów w ekstrahowanej wiązce. na przykład fs z eliptycznym profilem poprzecznym tworzy cienką „naleśnikową” wiązkę elektronów, która ewoluuje w równomiernie wypełnioną elipsoidę pod wpływem własnych pól ładunku kosmicznego. Bardziej wyrafinowany impuls laserowy o profilu podłużnym przypominającym grzebień generuje podobnie ukształtowaną grzebieniową wiązkę elektronów.