一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111326380 A(43)申请公布日 2020.06.23

(21)申请号 202010233703.4(22)申请日 2020.03.30

(71)申请人 赣南师范大学

地址 341000 江西省赣州市蓉江新区师院

南路赣南师范大学黄金校区(72)发明人 李梦超　刘巧　李小菊　袁寿财　

荣垂才　陈维　黄骏　王兴权　卢秀圆　(51)Int.Cl.

H01J 29/48(2006.01)

权利要求书2页 说明书7页 附图8页

CN 111326380 A(54)发明名称

一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子

(57)摘要

本发明提供一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，其中，所述光阴极为轴对称结构，

圆柱形筒、顶部球帽，顶部球帽圆包括底部球帽、

形顶面内侧有圆柱形凹槽，沉积有金属薄膜的载网安装在此凹槽中，并用压块固定。电子采用了真空电极重其底部插入的设计，电子体积得到缩小；电子阴极圆柱形筒内放置激光反射镜，侧面中心开有通光孔，激光入射至阴极内部后被反射镜反射至金属薄膜处。所述栅极为表面光滑圆盘，中心具有一边缘为圆形倒角的通孔，栅极与磁透镜对电子脉冲构成复合聚焦。所述阳极为一中心开有通孔的光滑圆盘。阴极、栅极等通过陶瓷圆环固定到电子支架筒上。

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权　利　要　求　书

1/2页

1.一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，包括阴极、栅极、阳极、磁透镜、电子支架筒以及连接至所述阴极和栅极的高压电源，其中，

所述阴极为轴对称结构，包括圆柱形筒、底部球帽和顶部球帽，所述圆柱形筒为一空心圆柱，其侧面中心具有通光孔；所述底部球帽为轴对称结构，包括第一圆形顶面、第一圆柱形侧面、连接所述第一圆形顶面和所述第一圆柱形侧面的第一连接面、第二圆柱形侧面、连接第一圆柱形侧面与第二圆柱形侧面的第一环形底面，所述第一圆形顶面中心具有2毫米半径通孔；所述顶部球帽外形与底部球帽相同，包括第二圆形顶面、第三圆柱形侧面、连接所述第二圆形顶面和所述第三圆柱形侧面的第二连接面、第四圆柱形侧面、连接第三圆柱形侧面与第四圆柱形侧面的第二环形底面，所述第二圆形顶面中心具有100微米半径通孔；所述第二圆形顶面内侧具有用于容纳载网的圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽两侧有两个螺纹孔；

其中，所述圆柱形筒内壁中心有一凸出圆柱，反射镜镜架固定到所述凸出圆柱上，反射镜通过固定到所述反射镜镜架上而置于阴极内部，所述第一连接面和第二连接面具有圆形倒角；

所述栅极为第一表面光滑圆盘，所述第一表面光滑圆盘中心具有通孔，所述通孔的边缘为圆形倒角，所述表面光滑圆盘侧面中心处开有一半径1mm深4mm的孔；

所述述阳极为第二表面光滑圆盘，所述第二表面光滑圆盘中心具有通孔。2.根据权利要求1所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，其中，所述阴极圆柱形筒的两侧开口端内侧各有四个圆柱突出，所述底部球帽的第二圆柱形侧面的开放端具有能够与所述圆柱突出分别啮合的四个“L”形卡槽，所述顶部球帽的第四圆柱形侧面的开放端具有能够与所述圆柱突出分别啮合的四个“L”形卡槽。

3.根据权利要求1所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，所述第二圆形顶面内侧圆柱形凹槽底部有一200微米深小凹槽，金属膜沉积在所述载网上，安装时将所述载网放置于所述200微米深小凹槽内，并用压块固定。

4.根据权利要求1和权利要求3所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，所述压块顶部为一圆盘，圆盘底部为一圆柱，所述圆盘及圆柱中心开有通光孔，圆盘通光孔两侧对称开有用于安装的通孔。

5.根据权利要求1、3、4所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，激光通过所述阴极的圆柱形筒侧面的通光孔进入，被所述位于阴极内部的反射镜反射，通过所述压块中心通光孔，到达所述载网上的金属膜。

6.根据权利要求1所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，还包括固定所述阴极的第一陶瓷圆环和第二陶瓷圆环，固定所述栅极的第三陶瓷圆环。

7.根据权利要求1、6所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，所述栅极背面为一台阶结构，所述第三陶瓷圆环内侧为一台阶结构，所述第三陶瓷圆环侧面中心开有半径1mm通孔，所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环、第三陶瓷圆环外侧均有两个支撑，所述电子支架筒上有长通孔，安装固定时所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环、第三陶瓷圆环的支撑插入所述电子支架筒的长通孔中。

8.根据权利要求1-7所述的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，电子真空电极导线从电子底部，即所述底部球帽这一侧，插入所述第一圆形顶面中心通孔内，栅极真空

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权　利　要　求　书

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电极导线通过所述第三陶瓷圆环侧面中心通孔，插入所述栅极侧面中心孔内；高压电源直接连接所述电子真空电极，高压电源通过电压分压器分压后连接至所述栅极真空电极。

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说　明　书

一种复合聚焦载网光阴极的直流超快电子

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技术领域

[0001]本发明属于超快电子衍射领域，尤其涉及一种探针尺度、静电场与静磁场复合聚焦、阴极内置反射镜和载网的直流光阴极超快电子。背景技术

[0002]无论生物、化学以及材料或信息科学，其最关键的原发机制往往发生在分子或分子以下结构水平，时间均在皮秒到飞秒范围，而皮秒到飞秒过程的超快探测多要借助超短脉冲激光。超快电子衍射技术（UED）正是一种利用超短脉冲激光实现时间分辨泵浦探测的技术。其原理为利用分光装置将超短脉冲激光分为两束，一束用来激发电子阴极，产生探针电子，另一束诱导反应区，通过控制两束激光的光程而使探针电子提前或者延迟对反应区探测，继而实现时间分辨测量。直流光阴极电子正是超快电子衍射技术的探针电子源，是该技术的核心部分。[0003]一般认为，进行超快探测，反应区距离电子阴极越近越好，这是由于电子间存在排斥力，探针电子脉冲在空间漂移过程中会被极大展宽，导致其时间分辨能力显著降低，相关的装置都在努力降低这一距离，并把电子和反应区腔室部分做成一体，这也是近期利用该技术诊断激光等离子体的尝试都局限于特定实验装置的原因。想要将直流光阴极电子移植到其他装置上比较困难，主要会出现反应区距离电子阴极较远而降低时间分辨率的情况。

[0004]一般希望探针电子脉冲有较高的空间探测精度，因此需要在其路径上添加汇聚装置对电子脉冲进行汇聚以减小其径向尺度，现阶段多采用磁透镜。然而磁透镜在聚焦的过程中会使电子脉冲沿垂直于其传播方向旋转，不利于有关电子脉冲阴影法和纹影法的相关实验探测。

[0005]一般将光阴极材料生长到蓝宝石衬底上，然后将蓝宝衬底安装于电子阴极顶部处的凹槽内，蓝宝石衬底与阴极的接缝及用来粘接蓝宝石的导电银胶是电子放电的主要来源；而且一旦衬底被粘接在电子阴极上便不再更换，给光阴极材料的研究带来困难。

[0006]为了扩宽直流光阴极电子的应用范围，促进其推广，直流光阴极电子最好集成于探针尺度，且具有较高的空间分辨，电子在高电压下稳定工作，除了静磁场还要有其它聚焦方式，电子产额可控并可保证单次测量和数万次积分测量的需要。发明内容

[0007]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种探针尺度的直流光阴极超快电子，包括由电场程序仿真结果确定的阴极、阳极、栅极形状构造；由粒子程序仿真结果确定的磁透镜；采用静电场和静磁场对超快电子脉冲复合聚焦；为避免蓝宝石衬底与阴极的接缝而采用的载网代替蓝宝石，并放置于阴极内部；为进一步降低装置尺寸采用反射镜置于阴极内部，激光从电子侧面入射等；其中，

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所述阴极为轴对称结构，包括圆柱形筒、底部球帽和顶部球帽；所述圆柱形筒为一空心圆柱，其侧面中心具有通光孔；所述底部球帽为轴对称结构，包括第一圆形顶面、第一圆柱形侧面、连接所述第一圆形顶面和所述第一圆柱形侧面的第一连接面、第二圆柱形侧面、连接第一圆柱形侧面与第二圆柱形侧面的第一环形底面，所述第一圆形顶面中心具有2毫米半径通孔，所述顶部球帽外形与底部球帽相同，轴对称结构，包括第二圆形顶面、第三圆柱形侧面、连接所述第二圆形顶面和所述第三圆柱形侧面的第二连接面、第四圆柱形侧面、连接第三圆柱形侧面与第四圆柱形侧面的第二环形底面，所述第二圆形顶面中心具有100微米半径通孔，所述第二圆形顶面内侧具有用于容纳载网的圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽两侧有两个螺纹孔；

其中，所述圆柱形筒内壁中心有一凸出圆柱，反射镜镜架固定到所述凸出圆柱上，反射镜通过固定到所述反射镜镜架上而置于阴极内部，所述第一连接面和第二连接面具有圆形倒角；

所述栅极为第一表面光滑圆盘，所述第一表面光滑圆盘中心具有通孔，所述通孔的边缘为圆形倒角，所述表面光滑圆盘侧面中心处开有一半径1mm深4mm的孔；

所述述阳极为第二表面光滑圆盘，所述第二表面光滑圆盘中心具有通孔。[0008]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，其中，所述阴极圆柱形筒的两侧开口端内侧各有四个圆柱突出，所述底部球帽的第二圆柱形侧面的开放端具有能够与所述圆柱突出分别啮合的四个“L”形卡槽，所述顶部球帽的第四圆柱形侧面的开放端具有能够与所述圆柱突出分别啮合的四个“L”形卡槽。

[0009]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，优选地，所述第二圆形顶面内侧圆柱形凹槽底部有一200微米深小凹槽，金属膜沉积在所述载网上，安装时将所述载网放置于所述200微米深小凹槽内，并用压块固定，故称作载网光阴极。[0010]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，优选地，所述压块顶部为一圆盘，圆盘底部为一圆柱，所述圆盘及圆柱中心开有通光孔，圆盘通光孔两侧对称开有用于安装的通孔。

[0011]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，优选地，激光通过所述阴极的圆柱形筒侧面的通光孔进入，被所述位于阴极内部的反射镜反射，通过所述压块中心通光孔，到达所述载网上的金属膜。反射镜位于阴极内部，故称作阴极内部反射。[0012]根据电子脉冲电脑程序模拟结果，要求电场对称分布，所述电子具有特殊保证同轴对称的安装结构，包括固定所述阴极的第一陶瓷圆环和第二陶瓷圆环，固定所述栅极的第三陶瓷圆环。固定所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环、第三陶瓷圆环、阳极的电子支架筒。

[0013]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，优选地，所述栅极背面为一台阶结构，所述第三陶瓷圆环内侧为一台阶结构，所述第三陶瓷圆环侧面中心开有1mm半径通孔，所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环、第三陶瓷圆环外侧均有两个支撑，所述电子支架筒上有长通孔，安装固定时，所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环、第三陶瓷圆环的支撑插入所述电子支架筒的长通孔中。

[0014]根据本发明的复合聚焦载网光阴极的直流超快电子，优选地，电子真空电极导线从电子底部，即所述底部球帽这一侧，插入所述第一圆形顶面中心通孔内，栅极真空

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电极导线通过所述第三陶瓷圆环侧面中心通孔，插入所述栅极侧面中心孔内；高压电源直接连接所述电子真空电极，高压电源通过电压分压器分压后连接至所述栅极真空电极。[0015]超快电子脉冲从所述载网上的金属膜上产生后，可以被所述栅极的静电场聚焦，也可以被所述磁透镜的静磁场聚焦，亦可以被二者联合聚焦，故称作复合聚焦。[0016]本发明的光阴极超快电子，其载网阴极内部安装的设计有效避免了蓝宝石衬底安装所产生的接缝，避免了接缝和导电银胶放电，进一步确保了光阴极电子在高电压下的稳定性。蓝宝石衬底安装需要将蓝宝石粘接在阴极上，导致更换金属薄膜困难，利用压块固定载网在阴极内部安装的方法，使金属薄膜的更换变得方便，更利于电子电子产额的调整。电子特殊的结构与固定方式保证了电场均匀对称分布，确保了电子脉冲内部质量的对称分布。反射镜位于阴极内部，高压电极后置安装极大缩小了装置体积，使其有望集中于探针尺寸，方便移植到其他装置上，扩宽了应用范围。栅极与磁透镜复合聚焦使装置空间分辨率的调节更加灵活，扩展了实验功能。最终提供了一种更加稳定工作，尺寸更加小，功能更加多样灵活的光阴极超快电子。

附图说明

[0017]以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1A为根据本发明实施例的电子和外围真空腔体的立体视图；

图1B为沿图1A的所示中心轴线y,对电子外围真空腔体在x和z方向剖切后去除四分之一所漏出的电子结构立体视图；

图1C为沿图1的中心轴线y截取的根据本发明实施例的电子的截面工作视图；图2A为根据本发明实施例的电子阴极分解立体视图；图2B为根据本发明实施例的电子阴极顶部球帽立体视图；

图2C为沿图1的中心轴线y截取的根据本发明实施例的电子阴极顶部球帽的截面视图；

图2D为沿图1A所示中心轴线y,在x和z方向对根据本发明实施例的电子阴极顶部球帽剖切后去除四分之一所漏出的立体结构视图；

图2E为沿图1A所示中心轴线y,在x和z方向对根据本发明实施例的电子阴极圆柱形筒剖切后去除四分之一所漏出的立体结构视图；

图3为根据本发明实施例的反射镜镜架立体视图；

图4A和图4B分别为根据本发明实施例的栅极的正面和背面立体视图；

图5A和5B分别为根据本发明实施例的电子的阳极的正面和背面立体视图；图6为根据本发明实施例的电子支架筒立体视图；

图7为根据本发明实施例的电子阴极固定陶瓷圆环的立体视图；图8为根据本发明实施例的电子栅极固定陶瓷圆环的立体视图。具体实施方式

[0018]为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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在本文中，“正面”是指沿图1A的所示中心轴线y正对入射激光束17的面，而“背面”

是指背对入射激光束17的面。底部是指沿图1A的所示中心轴线y朝真空电极6的方向，顶部是朝磁透镜8的方向。

[0020]图1A为根据本发明的实施例的电子和外围真空腔室的立体视图。图1B为沿图1A的所示中心轴线y,对电子外围真空腔体在x和z方向剖切后去除四分之一所漏出的电子结构立体视图，图1C为沿图1的中心轴线y截取的根据本发明实施例的电子的截面视图，电子依次主要包括阴极1、栅极2、阳极3、电子真空电极6、栅极真空电极7，阴极固定陶瓷圆环9两个（所述第一陶瓷圆环，第二陶瓷圆环），栅极固定陶瓷圆环10（所述第三陶瓷圆环），上述部件组合之后固定在电子支架筒4上，并装入电子真空腔室5中，磁透镜8包括线圈8.1和线圈固定二通8.2。磁透镜8与真空腔室5相连，与栅极2构成电子脉冲复合聚焦系统。电子阴极1通过电子真空电极6接高压电源15，栅极2通过栅极真空电极7接直流电压分压器16低压端，分压器16高压端接高压电源15。入射激光17由AA’方向经过电子腔室激光窗口5.1入射至阴极内部，经反射镜11反射。

[0021]图2A为图1B的实施例的电子的阴极1的分解立体视图，图2B为图2A实施例的电子阴极顶部球帽1.3立体视图。电子阴极具有对称结构，其底部球帽1.2和顶部球帽1.3外形尺寸一致，两个球帽安装至中间的圆柱形筒1.1上共同构成阴极1。底部球帽1.2 具有类似“铃铛”形状，具有轴对称结构，包括圆形顶面1.2B(所述第一圆形顶面)，圆柱形侧面1.2D(所述第一圆柱形侧面)，连接圆柱形侧面1.2D和圆形底面1.2B的球形连接面1.2C（所述第一连接面），圆柱形侧面1.2E（所述第二圆柱形侧面），连接圆柱形侧面1.2D和圆柱形侧面1.2E的圆环形底面1.2G（所述第一环形底面）。圆柱形侧面1.2E端口有四个L形卡槽1.2F。圆形顶面1.2B开有半径2mm的通孔1.2A，安装时高压电极6的电极导线插入该通孔中。顶部球帽1.3与底部球帽1.2外形尺寸一致，也包括圆形顶面1.3B(所述第二圆形顶面)，圆柱形侧面1.3D(所述第三圆柱形侧面)，连接圆柱形侧面1.3D和圆形顶面1.3B的球形连接面1.3C（所述第二连接面），圆柱形侧面1.3E(所述第四圆柱形侧面)，连接圆柱形侧面1.3D和圆柱形侧面1.3E的圆环形底面1.3G（所述第二环形底面）。圆柱形侧面1.3E端口有四个“L”形卡槽1.3F。圆形顶面1.3B开有半径100微米的通孔1.3A。其中，所述圆形顶面1.2B和1.3B的半径为7.5mm，所述球形连接面1.2C和1.3C的倒角半径为14mm, 所述圆柱形侧面1.2D和1.3D的外径为21.5mm，这样的阴极设计源于电脑模拟优化的结果，使阴极在该电子结构尺寸要求范围内，获得表面电场优化，防止阴极表面的局部电场过大，消除了可能存在的尖端放电。圆柱形侧面1.2E和1.3E的外径为18.5mm。另外，圆柱形筒1.1为对称结构，侧面中心开有通光孔1.1C，圆柱筒1.1两边的侧面的开口端内侧各具有四个突出部小圆柱1.1A；分别对应底部球帽1.2和顶部球帽1.3的“L”形卡槽1.2F和1.3F。圆柱形筒1.1一侧的小圆柱1.1A拧入卡槽1.2F并与卡槽1.2F啮合，使得圆柱形侧面1.2E进入圆柱形筒1.1中，底部球帽1.2固定在圆柱形筒1.1上；另一侧的小圆柱1.1A拧入卡槽1.3F并与卡槽1.3F啮合，使得圆柱形侧面1.3E进入圆柱形筒1.1中，顶部球帽1.3固定在圆柱形筒1.1上。阴极圆柱筒1.1、圆柱形侧面1.2D、圆柱形侧面1.3D外径相同。

[0022]图2C为图2B实施例的阴极顶部球帽1.3沿图1的中心轴线y截取的截面视图，图2D为沿图1A所示中心轴线y,在x和z方向对图2B实施例的阴极顶部球帽1.3剖切后去除四分之一所漏出的内部立体结构视图。如图2C和图2D所示，阴极球帽1.3的圆形顶面1.3B的阴极内

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部侧开有半径3mm圆柱形凹孔1.3L，凹孔1.3L两侧开有两个M2螺纹孔1.3H，凹孔1.3L底部有另有一半径1.4mm深0.2mm小凹槽1.3J，其中心具有100微米半径通孔1.3A。凹槽1.3J用于容纳载网12，载网12上镀有纳米量级厚度的金属膜，在该实施例中，为了放置载网12，凹槽1.3J半径至少大于载网12半径。压块13用于固定载网12，它由顶片13.1，压柱13.2，刀口13.5组成。压块13中心开有一通光孔13.4,顶片13.1两侧开有2个通孔13.3。固定时，刀口13.5压入凹槽1.3J中压住载网12，以减小压块13按压对载网金属薄膜产生的应力。用螺丝通过通孔13.3拧入螺纹孔1.3H，实现压块固定。

[0023]附图2E为沿图1A所示中心轴线y,在x和z方向对根据本发明实施例的电子阴极圆柱形筒1.1剖切后去除四分之一所漏出的立体结构视图，圆柱形筒1.1内壁中心有一圆柱型凸出1.1B，用于安装镜架12，反射镜11安装到镜架12上。[0024]附图3为图2E实施例的镜架12立体视图，12.1为M2螺纹通孔，将反射镜11放置到镜架12上后，采用M2螺栓拧入此孔挤压反射镜11的侧面，实现反射镜11在镜架12上的固定。镜架12在阴极内部的固定通过其上的通孔12.3和M2螺纹通孔12.2完成，安装时将通孔12.3装在圆柱型凸出1.1B上，调整好反射镜11和镜架12角度，再用一M2螺栓拧入螺纹通孔12.2并挤压圆柱型凸出1.1B，以将镜架12固定住，同时防止镜架12掉落。

[0025]图4A和图4B分别为根据本发明实施例的栅极的正面和背面立体视图。栅极2正面为一表面光滑平面圆盘2.3（所述第一表面光滑圆盘），圆盘外径为29mm，圆盘中心具有半径2mm的通孔2.1，通孔边缘为圆形倒角，倒角半径2mm，防止了孔边缘的局部电场过大，消除可能的尖端放电。栅极2背面为一半径稍小的平面圆盘2.4。圆盘2.3比圆盘2.4半径大3.5mm。栅极总厚度4mm，两个圆盘各厚2mm，尺寸不一致导致产生了一环形台阶2.5。栅极2侧面开有一圆孔2.2，直径2mm深4mm；栅极真空电极7的电极导线插入此孔与栅极2相连。

[0026]图5A和5B分别为根据本发明实施例的电子的阳极的正面和背面立体视图，阳极3为一表面光滑平面圆盘3.5（所述第二表面光滑圆盘），圆盘中心具有半径1mm的通孔3.1，阳极3最外边缘所在的圆的半径为40mm，另外，阳极3最外边缘所在的面为弧面3.2，具有半径5mm的倒角，倒角防止了圆盘表面的局部电场过大，消除可能的尖端放电。阳极3的背面有一空心圆环3.4，其上有4个螺纹孔3.3。阳极固定在电子支架筒4上，借助于螺栓通过阳极螺纹孔3.3和电子支架筒4上的孔4.3固定。[0027]发明人利用电脑仿真针对上述阴极、阳极和空心圆盘进行设计优化，使电子结构尺寸较传统电子缩减，各部件表面电场降低，效果优于传统电子。为了进一步优化表面电场分布，保证表面平滑度，对阴极、阳极，栅极和电子支架筒表面进行机械粗抛、电解抛光、人工精抛、高真空清洗，使表面的平滑度达到微米量级。[0028]在该实施例的电子的组装过程中，为了保证阴极圆形顶面1.3A与栅极2和阳极3平行，阴极1采用底部球帽1.2和顶部球帽1.3的L形卡槽1.2F和1.3F拧入圆柱筒1.1内侧的小圆柱1.1A上啮合使得固定安装，不使用在底部球帽1.2、顶部球帽1.3、圆柱筒1.1对应位置加工螺纹进行拧入固定的方式。

[0029]电子组装时需将阴极固定于两个陶瓷圆环9（所述第一陶瓷圆环、第二陶瓷圆环）上，继而将陶瓷圆环9固定于电子支架筒4上。图6为根据本发明实施例的电子的支架筒4立体视图，图7为根据本发明实施例的电子阴极固定陶瓷圆环9的立体视图。陶瓷圆环9中心通孔9.3内径和阴极圆柱筒1.1外径相同。当底部球帽1.2与阴极圆柱筒1.1固定后，

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装入陶瓷盘的通孔9.3中，安装时要将底部球帽1.2与阴极圆柱筒1.1之间的接缝隐藏进通孔9.3中。同理顶部球帽1.3与阴极圆柱筒1.1固定后，装入另一陶瓷圆环的通孔9.3中，它们之间的接缝也要隐藏进通孔中。陶瓷圆环下部有两个支撑9.1，安装时两个陶瓷圆环通过将其支撑9.1分别装入支架筒4侧壁的长孔4.1A中，实现固定。为了保证真空抽气顺畅，陶瓷盘开有6个通气孔9.2。

[0030]图8为根据本发明实施例的电子栅极固定陶瓷圆环10（所述第三陶瓷圆环）的立体视图，陶瓷圆环10中心开有通孔10.2，通孔内部有一环形台阶10.3，陶瓷盘10侧面有一通孔10.4。安装栅极2时，将栅极2背侧扣入陶瓷盘10的通孔10.2中，栅极台阶2.5和陶瓷盘台阶10.3相互嵌合。栅极真空电极7的电极导线通过通孔10.4进入并插入栅极2的圆孔2.2中，既连接了栅极又可以防止栅极脱出和移动旋转。陶瓷圆环10厚度与栅极2厚度一致，通过台阶嵌合安装后陶瓷圆环10与栅极2的前后表面均构成一平直面，栅极台阶处的尖端隐藏进了陶瓷内部，消除可能的尖端放电。安装时陶瓷圆环10通过将其支撑10.1装入支架筒4侧壁的长孔4.1B中，实现固定。[0031]在该实施例中，电子支架筒4由整块金属挖空得到，不使用焊接，保证垂直度，进一步保证阴极圆形顶面1.3A、栅极2、阳极3的平行度。平行度的保证，是为了防止由于不平行而使之间的电场分布不均匀，导致局部电场过大，对称性降低，影响电场对电子的汇聚和加速效果，导致电子脉冲内部质量分布对称性降低，影响实验精度。电子支架筒4通过其底部的通孔4.2用螺栓固定在电子真空腔室5上。[0032]在本发明的电子中，所有的固定部件（例如螺栓或螺杆等）都内藏或背藏，从而防止局部间隙电场放电现象。[0033]如图1或2所示，在该实施例中，阴极圆形顶面1.3A和栅极平面圆盘2.3顶面之间的距离为8mm，栅极平面圆盘2.4背面和阳极平面圆盘3.5顶面距离为2mm，本领域技术人员能够理解，所要求的电子承载电压不同，电场聚焦要求不同，上述距离需要进行相应的调整。

[0034]为保证电子达到探针尺度，在本发明的实施例中，真空电极6采用重电子底部（底部球帽1.2方向）插入的设计，整个电子体积得到极大缩小，外形更接近探针且更容易和其它诊断设备联合应用。若采用真空电极6重电子侧面与阴极相连，即传统电子构造，会造成电子及其真空腔体5体积较大，不利于移置安装；且真空电极6垂直于真空腔体5，其高压处容易干扰周围诊断设备。为保证真空电极6重电子底部插入，电子采用了独特设计的激光阴极内反射工作模式。[0035]在本发明的实施例中，电子为激光阴极内反射工作模式，参见附图1C和附图2E。光源发出的激光17由AA’方向通过腔室激光窗口5.1，然后通过电子支架筒4的半圆通孔4.4，然后通过电子阴极圆柱形筒1.1的通光孔1.1C进入阴极内部，接着通过反射镜11反射，射入压块13的通光孔13.4，到达阴极球帽1.3内侧凹槽1.3J处的载网12，,并激发载网上的金属薄膜产生电子，所产生的电子由通孔1.3A进入阴极和阳极之间，被施加在之间的电场加速，电子穿过栅极2处的通孔2.1，然后穿过阳极3处的通孔3.1并从电子射出。[0036]栅极2处电压使加速电场产生径向分量，对电子产生聚焦效果，同时电子离开电子后也将被磁透镜8聚焦，故而为静电场与静磁场的复合聚焦。根据实验需要，也可以单独采用一种聚焦方式。静电场聚焦不会使电子脉冲沿垂直于传播方向旋转，可提高超快电子

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衍射的阴影法和纹影法探测的空间探测精度。

[0037]传统的将光阴极材料生长到蓝宝石衬底上，然后将蓝宝衬底安装于电子阴极顶部并用导电银胶粘结的设计，会导致蓝宝石衬底与阴极有接缝、导电银胶凝固后粗糙的表面，这是电子放电的两个主要来源。而且蓝宝石衬底被粘在电子阴极上便难以更换，给光阴极材料的研究带来困难。载网阴极内部安装的方式可以随时更换不同金属膜厚度的载网，可以灵活调整电子脉冲单发电子数量，提高了电子的灵活性，也利于对电子电子发射特性的研究。载网阴极内部安装避免了蓝宝石衬底与阴极的接缝，也不存在使用导电银粘结的问题，避免因此产生的电子放电，增加了电子工作的稳定性。[0038]在本发明的实施例中，电子内部所有金属部件均采用弱磁不锈钢，从而提高抗磁性能。由于本发明的电子支架的特殊设计以及阳极固定圆盘的存在，电子呈现半封闭状态，本发明人通过优化计算发现，为保证出射电子脉冲的稳定性，电压源电压15输出波动不超过0.1%。

[0039]虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

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图1A

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图1C

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图2C

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图7

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