【摘 要】
:
近年来,超快电子衍射(ultrafast electron diffraction,UED)成为了实验上观测物质结构和超快动力学过程的有效手段,被广泛应用于固体物理、材料化学和生命科学等领域。兆电子伏特超快电子衍射(Me V UED)装置的出现,将衍射成像系统的时间分辨率提升到了百飞秒(10-13s)水平,但是也对超短脉冲激光系统和光阴极电子源提出了挑战。电子束团的束长、横向发射度等参数,与阴极驱
论文部分内容阅读
近年来,超快电子衍射(ultrafast electron diffraction,UED)成为了实验上观测物质结构和超快动力学过程的有效手段,被广泛应用于固体物理、材料化学和生命科学等领域。兆电子伏特超快电子衍射(Me V UED)装置的出现,将衍射成像系统的时间分辨率提升到了百飞秒(10-13s)水平,但是也对超短脉冲激光系统和光阴极电子源提出了挑战。电子束团的束长、横向发射度等参数,与阴极驱动激光的脉宽和横向分布等直接相关,通过对驱动激光的调制来提升束团品质参数,对提升UED装置的时间和空间分辨率至关重要。本文围绕华中科技大学Me V UED装置(HUST-UED)的飞秒激光系统和光阴极电子源展开,基于产生低发射度、短束长高品质束团的需求,针对超短脉冲激光光路系统的实现,开展了35 fs激光系统的详细参数设计和实验研究,并对光阴极电子源进行了理论和仿真研究。针对266 nm倍频光的产生需求和驱动激光与样品泵浦激光的不同能量需求,介绍了35 fs激光系统的总体布局,完成了分光光路的能量控制、倍频光的产生以及高斯光束的传输等。对光路的设计和搭建过程进行了详细的介绍,并给出了搭建完成后的激光功率稳定性、光斑横向偏移测量以及倍频光的光谱分析结果等。最终实验上优化得到的三倍频效率约为15%,输出倍频光的功率稳定性约为0.59%,光斑的横向稳定性为0.36%。此外,针对气体样品的泵浦观测实验,提出了一种基于双色同向圆偏振倍频光的线性气体分子无场取向方法,给出了理论计算过程与现有其他方法的对比结果。光阴极电子源产生的束团品质与阴极驱动激光密切相关。高功率的激光脉冲能产生电荷量更大的束团。利用粒子追踪软件ASTRA,证明了束团电荷量需求较大的情况下,HUST-UED中使用的1.4 cell光阴极微波电子枪能提供横纵向发射度更小,束团长度更短的高品质束团。此外,本文研究了光阴极电子源中的光电发射过程,以及基于驱动激光调制的束团初始分布优化方法,得到了阴极量子效率的表达式及其修正形式,通过ASTRA完成了具有不同初始分布的束团动力学过程仿真。对比结果表明,调制后的初始束团分布相较于原始的高斯分布,其横向发射度和能散减小了近两倍。
其他文献
电磁成形是通过洛伦兹力实现工件塑性变形的一种特种能场成形制造技术,可显著提高材料的成形极限、降低残余应力和回弹等,在铝合金等轻质合金成形制造领域具有重要的应用前景。在已有的研究中,线圈是电磁成形系统的核心部件,其产生的脉冲磁场在金属工件中以电磁感应的方式形成涡流和洛伦兹力。然而,成形过程中的强磁场、高电压、大电流等运行工况导致线圈中承受高冲击机械载荷和热载荷,进而使得电磁成形能力因线圈寿命问题而受
随着世界形势的深刻变化,环境和能源问题愈发显著,亟需开发高效清洁的新能源。作为氢能的理想利用方式之一,质子交换膜燃料电池(PEMFC)包含能量转化率高、低碳无污染、动态响应快等优点,发展前景非常广阔。为提升PEMFC的工作性能,本文对PEMFC的建模与控制进行了理论分析和仿真研究,设计搭建了用于实验测试的PEMFC测控平台,主要工作内容如下:(1)基于电化学反应原理,综合考虑各类损耗,建立了电堆电
场反位形(Field-Reversed Configuration,简称FRC)具有结构简单,比压接近1等优势,对于研究新的核聚变位形,以及未来探索核聚变反应堆的小型化和经济化都具有重要意义。华中科技大学开展了相关研究。华中科技大学场反等离子体预研装置(HUST-FRC,简称HFRC)是一个复杂的磁约束核聚变研究装置,由不同的装置和仪器共同组成。每个装置有着自己独立的控制逻辑和流程,协调控制众多装
核污水处理是当前环境治理领域最紧迫、最艰巨的任务之一,相关污水处理方法及应用是研究重点。其中,吸附法往往具有容量大、适用性强和易操作等优点而被认为是最为有效的处理方法之一。然而,传统的吸附材料由于稳定性差或可回收性差,在应用过程中需要通过摇晃来发挥作用,或通过离心来回收吸附剂来避免难回收造成的二次污染等,在一定程度上限定了其深度应用。为解决上述问题,本文提出具有稳定状态可调的新型水基磁流体制备方法
经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation,TMS)能够利用脉冲磁场对神经元进行刺激,实现无创且非侵入式的神经调节,在精神类疾病治疗和脑科学研究等领域展现了巨大的作用。TMS电源系统为线圈提供放电所需的能量,是TMS设备的基础,对TMS的性能起着决定性的作用。TMS电源系统由充电系统和放电回路组成。针对临床和科研对TMS的需求,完成了TMS充电系统和放电回路的参
随着科学技术的飞速发展,脉冲强磁场作为一种极端的实验环境,已经成为基础前沿科学研究中必不可少的研究条件。根据磁场波形特点,脉冲强磁场可分为常规正弦半波脉冲强磁场和平顶脉冲强磁场。其中,平顶脉冲强磁场兼具稳态磁场脉动小、脉冲强磁场场强高、运行维护成本低等优势,可以满足比热测量、核磁共振、大功率回旋管太赫兹源等众多科学实验对磁场强度和磁场稳定度的双重需求。电源系统是脉冲强磁场系统的核心部件之一,电容器
基于回旋管的太赫兹波源技术是实现大功率太赫兹辐射的有效途径,在动态核极化核磁共振技术、电子自旋共振技术等方面具有重要应用价值。随着回旋管运行时间增长,阴极发射均匀性变差,使回旋管输出功率及效率大幅度降低,影响其正常运行与应用。因此,必须掌握阴极发射不均匀性,实现回旋管日常诊断。本文研究的回旋管采用含钪阴极作为电子发射源,目前尚缺乏考虑含钪阴极发射行为的不均匀性评估方法;且现有评估手段难以应用到投入
超快电子衍射是为了满足人类探索超快超微现象所发展起来的探测技术。华中科技大学兆电子伏超快电子衍射装置使用光阴极微波电子枪来加速电子。由于微波系统的不稳定性,束团能量存在不可避免的抖动,这也导致了束团飞行时间的抖动。为了实现100 fs以内的时间分辨率,必须减小束团飞行时间的抖动。本文希望设计出一套能量稳定系统来提高微波系统的稳定性,从而减小束团的飞行时间抖动,以达到百飞秒时间分辨率的要求。本文中的
心脑血管疾病是严重危害人类健康的重大疾病,近年来造成的死亡人数呈上升趋势。目前治疗心脑血管疾病的最佳方法是微创介入手术治疗法,它具有创伤性小、并发风险低、治疗痛苦小的优点。然而,目前该方法主要通过医生手动操作被动式导丝和导管的方式来进行,仍存在手术时间长、操作难度高、医生受到辐射量大等问题。为解决这一问题,国外学者提出了一种可远程控制、导航灵活性高、生物亲和性好的磁控导丝机器人,目前已进入商业化阶
随着人工智能的快速发展,人工智能的技术开始被大规模的应用到图像分类、目标检测和语音识别等领域,在大力发展人工智能的同时,对于人工智能自身的安全问题的研究却相对滞后,这将直接的关系到人身安全、财产安全还有个人隐私。目前,国内外在对抗样本生成技术的研究上已取得了一定的成果,从对抗样本的攻击场景出发,可以将对抗攻击分为白盒攻击和黑盒攻击;从对抗样本的攻击目标出发,可以将对抗攻击分为有目标攻击和无目标攻击