從自由電子激光器到尾場加速器再到電子顯微鏡，對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)家對確定產(chǎn)生光束的光電陰極的工作性能的兩個特殊品質(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)射時的電子束發(fā)散。

科學(xué)家對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，他們還希望整個陰極的量子效率和固有發(fā)射率保持恒定。美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的加速器物理學(xué)家邵嘉航說：“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，您希望每個像素具有相似的亮度。”

在來自Argonne的一項新研究中，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，可以同時測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)射機理。陰極，光電陰極的主要類型。

邵說，測量陰極上每個點的本質(zhì)發(fā)射率(實際上是逐像素進行)是一個非常耗時的過程。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)備來創(chuàng)建多個可以同時測量的小子束，本質(zhì)上是在形成圖案而不是進行單獨的測量。

“這種圖案大大減少了我們對整個陰極表面進行測量所需的時間，因為我們不必一步一步地去做，我們可以同時對不同的區(qū)域進行采樣，” Shao說。

為了測量子束的發(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。通過調(diào)節(jié)螺線管的聚焦強度并測量相應(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)射率是測得的總發(fā)射率的一個組成部分，它包含增長因子，該增長因子是由于電子團簇(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)。在這項研究中，通過仔細(xì)的模擬和實驗努力消除了這種影響。

在研究不同子束的特性時，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)計最佳束的努力變得復(fù)雜。邵說：“看來我們總是會在量子效率和內(nèi)在發(fā)射率之間進行某種取舍。” “問題是我們?nèi)绾纹胶鈨烧摺?rdquo;

在5月4日出版的《物理評論加速器和光束》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” 。