行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管理论设计与实验研究

条纹变像管因其超高时间分辨特性而成为实现皮秒至飞秒量级时间分辨的重要测量仪器.本文设计了一种同时兼顾高时空分辨的行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管.该管型通过减小电子渡越时间以抑制空间电荷效应、采用偏转器前置以及行波偏转方式提高偏转灵敏度,实现整管时空分辨率的大幅提升.利用CST微波工作室有限元法数值计算条纹变像管行波偏转器的通频带宽、偏转灵敏度,结果表明:本设计中的行波偏转器因其较高的通频带宽特性实现了偏转器上的电磁波相速度在很宽频率范围内与电子轴向群速度匹配,产生更有效偏转.利用CST粒子工作室模拟追踪光电子的运行轨迹,通过最佳像面上的时间调制传递函数和空间调制传递函数,计算得到其理论时间分辨率可达220 fs,空间分辨率高于100 lp/mm.同时根据像差定义给出追踪实际电子轨迹的像差计算方法,实现对变像管成像质量评价.最后利用紫外灯对其进行静态测试,获得静态空间分辨率优于35 lp/mm的结果.

应用于高速条纹相机的行波偏转器设计

为了满足飞秒变像管扫描相机对偏转器的特殊要求,设计了一种应用于高速扫描相机的行波偏转器。根据Finch的行波偏转器设计理论,简化设计流程并利用HFSS软件建立偏转器模型,模拟并求解了行波偏转器的高频信号传播特性和通频带宽,通过电磁波相速度与电子束飞行速度的匹配确定了行波偏转器基本结构参数,并优化设计了一种适合应用于具有10kV电子能量高速扫描相机的行波偏转器。所设计行波偏转器长度为44mm,板间距为4mm,通频带宽为4GHz,偏转灵敏度为119.8mm/kV。结合现有的高速扫描相机对此行波偏转器进行了测试实验,测试结果表明,设计结果准确可靠,设计方法得当。该研究为变像管扫描相机的行波偏转器设计提供了有效途径,缩短了高时间分辨扫描相机的研发周期。