專利名稱：共軸光泵浦裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及超快研究的設備領域，特別是保障超快電子衍射和超快電子顯微鏡在研究氣體樣品時系統時間分辨能力的共軸光泵浦裝置及其制造方法。
背景技術：
目前，具有超高時間分辨能力(皮秒，10_12秒)裝置的研制受到越來越多的重視和推進，這些技術基本都是建立在以超短脈沖激光為基礎的泵浦探測技術上，其系統的時間分辨能力主要由三個因素決定泵浦脈沖脈寬，探針脈沖脈寬，以及泵浦探測與樣品的失配項。隨著各種脈沖產生技術的發展和成熟，例如阿妙(10_18秒)激光脈沖和幾十飛秒(10_15秒)的電子脈沖的出現，決定系統時間分辨能力的前兩項影響較小；而第三項通常由泵浦探測脈沖速度差異(大小或方向不同)引起，其大小隨著泵浦探測重疊空間大小決定，比較難以克服。隨著超快領域科學研究對系統時間分辨能力的要求越來越高，泵浦探測與樣品的失配項，特別是在以氣體為樣品的研究，成為制約整個系統時間分辨能力提升的障礙。
發明內容
為了減小甚至消除這個失配項，極大地提高泵浦探測裝置，特別是超快電子衍射和超快電子顯微鏡裝置的時間分辨能力，本發明提供一種共軸光泵浦裝置及其制造方法，最大化地減小泵浦探測的速度方向差異，減小泵浦探測和樣品的失配項，以實現更高的系統時間分辨能力。本發明的技術解決方案如下
一種共軸光泵浦裝置，特點在于其構成是沿泵浦光的光路方向依次設有錐形凹透鏡、錐形凸透鏡、球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡，該反射鏡與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束經過該反射鏡的準直小孔后入射到樣品上；
所述的泵浦光經所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡之后的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸、所述電子束的中軸和樣品中心重合。制造共軸光泵浦裝置的方法，其特點 在于該方法包括以下步驟
①將所述的錐形凹透鏡和錐形凸透鏡組裝成錐形望遠鏡系統，要求泵浦光經過該錐形望遠鏡系統后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向；
②在所述的套筒狀的泵浦光束方向設置所述的反射鏡，該反射鏡鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡的45°準直小孔的中軸與所述電子束的中軸同軸；
③仔細調整所述的泵浦光、錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡，使所述的泵浦光經所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡反射的反射光的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸、所述電子束的中軸和樣品中心重合；
④在所述的錐形凸透鏡和反射鏡之間的光路上添加球形透鏡；
⑤調節所述的球形透鏡沿泵浦光的前后位置，使所述的樣品上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。
本發明原理是泵浦光通過錐形凹透鏡，形成空心的發散光束，經過錐形凸透鏡被準直，成為套筒光束后再經過球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡后微聚焦后泵浦樣品；用于探測的電子脈沖經過反射鏡的準直小孔后作用到被脈沖光泵浦的樣品區域上，這樣實現了激光泵浦電子探測的共軸結構。與現有技術相比，本發明的有益效果是
(I)在超快電子衍射和電子顯微鏡裝置中，實現了激光泵浦電子探測的共軸結構。(2)共軸光泵浦結構可以最大限度的減小泵浦探測與樣品的失配項，提高了系統的時間分辨能力，特別是研究氣體樣品時。(3)實現了對樣品大范圍地密度均勻和相位近似的光泵浦。(4)帶45°準直小孔的反射鏡用于反射泵浦光同時還作為電子脈沖的準直孔，可 提高電子束的準直性和質量。(5)準直小孔還可以消除旁軸雜散電子，得到更短的電子脈沖。
圖I是本發明共軸光泵浦裝置的結構示意圖。圖2是本發明實現共軸泵浦光在樣品處的密度和相位分布。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。請參閱圖1，圖I是本發明共軸光泵浦裝置的結構示意圖。如圖I所示，一種共軸光泵浦裝置，其構成是沿泵浦光I的光路方向依次設有錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3、球形透鏡4和帶45°準直小孔的反射鏡6，該反射鏡6與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束5經過該反射鏡6的準直小孔后入射到樣品7上。所述的泵浦光I經所述錐形凹透鏡
2、錐形凸透鏡3和反射鏡6之后的光軸、反射鏡6的45°準直小孔的中軸、所述電子束5的中軸和樣品7中心重合，使透射電子數最大。制造共軸光泵浦裝置的方法，包括以下步驟
①將所述的錐形凹透鏡2和錐形凸透鏡3組裝成錐形望遠鏡系統，要求泵浦光I經過該錐形望遠鏡系統后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向；
②在所述的套筒狀的泵浦光束方向設置所述的反射鏡6，該反射鏡6鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡6的45°準直小孔的中軸與所述電子束5的中軸同軸；
③仔細調整所述的泵浦光I、錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3和反射鏡6，使所述的泵浦光I經所述錐形凹透鏡2、錐形凸透鏡3和反射鏡6之后的光軸、反射鏡6的45°準直小孔的中軸、所述電子束5的中軸和樣品7中心重合；
④在所述的錐形凸透鏡3和反射鏡6之間的光路上添加球形透鏡4；
⑤調節所述的球形透鏡4沿泵浦光I的前后位置，使所述的樣品7上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。泵浦光在樣品處的密度和相位分布如圖2所示，用于探測的電子脈沖經過反射鏡的準直小孔后作用到被脈沖光泵浦的樣品區域上，這樣實現了激光泵浦電子探測的共軸結構。
權利要求
1.一種共軸光泵浦裝置，特征在于其構成是沿泵浦光(I)的光路方向依次設有錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)、球形透鏡(4)和帶45°準直小孔的反射鏡(6)，該反射鏡(6)與泵浦光束成45°夾角，用于探測的電子束(5)經過該反射鏡(6)的準直小孔后入射到樣品(7)上； 所述的泵浦光(I)經所述錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)之后的光軸、反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸、所述電子束(5)的中軸和樣品(7)中心重合。
2.一種制造權利要求I所述的共軸光泵浦裝置的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 將所述的錐形凹透鏡(2)和錐形凸透鏡(3)組裝成錐形望遠鏡系統，要求泵浦光(I)經過該錐形望遠鏡系統后，擴束并準直成套筒狀的泵浦光束，但不改變方向； 在所述的套筒狀的泵浦光束方向設置所述的反射鏡(6)，該反射鏡(6)鏡面與泵浦光束成45°夾角，使所述的反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸與所述電子束(5)的中軸同軸； 仔細調整所述的泵浦光(I)、錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)，使所述的泵浦光(I)經所述錐形凹透鏡(2)、錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)的光軸、反射鏡(6)的45°準直小孔的中軸、所述電子束(5)的中軸和樣品(7)中心重合； 在所述的錐形凸透鏡(3)和反射鏡(6)之間的光路上添加球形透鏡(4)； 調節所述的球形透鏡(4)沿泵浦光(I)的前后位置，使所述的樣品(7)上的激光光斑大小和電子束斑相匹配。
全文摘要
一種共軸光泵浦裝置，其構成是沿泵浦光的光路方向依次設有錐形凹透鏡、錐形凸透鏡、球形透鏡和帶45°準直小孔的反射鏡，該反射鏡與泵浦光束成45°夾角，準直小孔用于探測的電子束透射后入射到樣品上；泵浦光經所述錐形凹透鏡、錐形凸透鏡和反射鏡之后的光軸、反射鏡的45°準直小孔的中軸，所述電子束的中軸和樣品中心重合。在超快電子衍射和電子顯微鏡裝置中，此裝置實現了激光泵浦電子探測的共軸結構，最大限度的減小泵浦探測與樣品的失配項，提高了系統的時間分辨能力，同時優化了探測電子束的準直性和質量。
文檔編號H01J9/00GK102623286SQ20121012051
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者劉圣廣, 朱鵬飛, 王西杰, 陳潔 申請人:上海交通大學