共轴光泵浦装置及其制造方法

摘要

一种共轴光泵浦装置，其构成是沿泵浦光的光路方向依次设有锥形凹透镜、锥形凸透镜、球形透镜和带45°准直小孔的反射镜，该反射镜与泵浦光束成45°夹角，准直小孔用于探测的电子束透射后入射到样品上；泵浦光经所述锥形凹透镜、锥形凸透镜和反射镜之后的光轴、反射镜的45°准直小孔的中轴，所述电子束的中轴和样品中心重合。在超快电子衍射和电子显微镜装置中，此装置实现了激光泵浦电子探测的共轴结构，最大限度的减小泵浦探测与样品的失配项，提高了系统的时间分辨能力，同时优化了探测电子束的准直性和质量。

权利要求

1.一种共轴光泵浦装置，特征在于其构成是：沿泵浦光(1)的光路方向依次设有锥形凹透镜(2)、锥形凸透镜(3)、球形透镜(4)和带45°准直小孔的反射镜(6)，该反射镜(6)与泵浦光束成45°夹角，用于探测的电子束(5)经过该反射镜(6)的准直小孔后入射到样品(7)上；

所述的泵浦光(1)经所述锥形凹透镜(2)、锥形凸透镜(3)和反射镜(6)之后的光轴、反射镜(6)的45°准直小孔的中轴、所述电子束(5)的中轴和样品(7)中心重合。

2.制造权利要求1所述的共轴光泵浦装置的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

①将所述的锥形凹透镜(2)和锥形凸透镜(3)组装成锥形望远镜系统，要求泵浦光(1)经过该锥形望远镜系统后，扩束并准直成套筒状的泵浦光束，但不改变方向；

②在所述的套筒状的泵浦光束方向设置所述的反射镜(6)，该反射镜(6)镜面与泵浦光束成45°夹角，使所述的反射镜(6)的45°准直小孔的中轴与所述电子束(5)的中轴同轴；

③仔细调整所述的泵浦光(1)、锥形凹透镜(2)、锥形凸透镜(3)和反射镜(6)，使所述的泵浦光(1)经所述锥形凹透镜(2)、锥形凸透镜(3)和反射镜(6)之后的光轴、反射镜(6)的45°准直小孔的中轴、所述电子束(5)的中轴和样品(7)中心重合；

④在所述的锥形凸透镜(3)和反射镜(6)之间的光路上添加球形透镜(4)；

⑤调节所述的球形透镜(4)沿泵浦光(1)的前后位置，使所述的样品(7)上的激光光斑大小和电子束斑相匹配。

说明书

共轴光泵浦装置及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超快研究的设备领域，特别是保障超快电子衍射和超快电子显微镜在研究气体样品时系统时间分辨能力的共轴光泵浦装置及其制造方法。

背景技术

[0002] 目前，具有超高时间分辨能力(皮秒，10-12秒)装置的研制受到越来越多的重视和推进，这些技术基本都是建立在以超短脉冲激光为基础的泵浦探测技术上，其系统的时间分辨能力主要由三个因素决定：泵浦脉冲脉宽，探针脉冲脉宽，以及泵浦探测与样品的失配-18 -15项。随着各种脉冲产生技术的发展和成熟，例如阿秒(10 秒)激光脉冲和几十飞秒(10秒)的电子脉冲的出现，决定系统时间分辨能力的前两项影响较小；而第三项通常由泵浦探测脉冲速度差异(大小或方向不同)引起，其大小随着泵浦探测重叠空间大小决定，比较难以克服。随着超快领域科学研究对系统时间分辨能力的要求越来越高，泵浦探测与样品的失配项，特别是在以气体为样品的研究，成为制约整个系统时间分辨能力提升的障碍。

发明内容

[0003] 为了减小甚至消除这个失配项，极大地提高泵浦探测装置，特别是超快电子衍射和超快电子显微镜装置的时间分辨能力，本发明提供一种共轴光泵浦装置及其制造方法，最大化地减小泵浦探测的速度方向差异，减小泵浦探测和样品的失配项，以实现更高的系统时间分辨能力。

[0004] 本发明的技术解决方案如下：

[0005] 一种共轴光泵浦装置，特点在于其构成是：沿泵浦光的光路方向依次设有锥形凹透镜、锥形凸透镜、球形透镜和带45°准直小孔的反射镜，该反射镜与泵浦光束成45°夹角，用于探测的电子束经过该反射镜的准直小孔后入射到样品上；

[0006] 所述的泵浦光经所述锥形凹透镜、锥形凸透镜和反射镜之后的光轴、反射镜的45°准直小孔的中轴、所述电子束的中轴和样品中心重合。

[0007] 制造共轴光泵浦装置的方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

[0008] ①将所述的锥形凹透镜和锥形凸透镜组装成锥形望远镜系统，要求泵浦光经过该锥形望远镜系统后，扩束并准直成套筒状的泵浦光束，但不改变方向；

[0009] ②在所述的套筒状的泵浦光束方向设置所述的反射镜，该反射镜镜面与泵浦光束成45°夹角，使所述的反射镜的45°准直小孔的中轴与所述电子束的中轴同轴；

[0010] ③仔细调整所述的泵浦光、锥形凹透镜、锥形凸透镜和反射镜，使所述的泵浦光经所述锥形凹透镜、锥形凸透镜和反射镜反射的反射光的光轴、反射镜的45°准直小孔的中轴、所述电子束的中轴和样品中心重合；

[0011] ④在所述的锥形凸透镜和反射镜之间的光路上添加球形透镜；

[0012] ⑤调节所述的球形透镜沿泵浦光的前后位置，使所述的样品上的激光光斑大小和电子束斑相匹配。

[0013] 本发明原理是泵浦光通过锥形凹透镜，形成空心的发散光束，经过锥形凸透镜被准直，成为套筒光束后再经过球形透镜和带45°准直小孔的反射镜后微聚焦到泵浦样品上；用于探测的电子脉冲经过反射镜的准直小孔后作用到被脉冲光泵浦的样品区域上，这样实现了激光泵浦电子探测的共轴结构。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0015] (1)在超快电子衍射和电子显微镜装置中，实现了激光泵浦电子探测的共轴结构。

[0016] (2)共轴光泵浦结构可以最大限度的减小泵浦探测与样品的失配项，提高了系统的时间分辨能力，特别是研究气体样品时。

[0017] (3)实现了对样品大范围地密度均匀和相位近似的光泵浦。

[0018] (4)带45°准直小孔的反射镜用于反射泵浦光同时还作为电子脉冲的准直孔，可提高电子束的准直性和质量。

[0019] (5)准直小孔还可以消除旁轴杂散电子，得到更短的电子脉冲。

附图说明

[0020] 图1是本发明共轴光泵浦装置的结构示意图。

[0021] 图2是本发明实现共轴泵浦光在样品处的密度和相位分布。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0023] 请参阅图1，图1是本发明共轴光泵浦装置的结构示意图。如图1所示，一种共轴光泵浦装置，其构成是：沿泵浦光1的光路方向依次设有锥形凹透镜2、锥形凸透镜3、球形透镜4和带45°准直小孔的反射镜6，该反射镜6与泵浦光束成45°夹角，用于探测的电子束5经过该反射镜6的准直小孔后入射到样品7上。所述的泵浦光1经所述锥形凹透镜2、锥形凸透镜3和反射镜6之后的光轴、反射镜6的45°准直小孔的中轴、所述电子束5的中轴和样品7中心重合，使透射电子数最大。

[0024] 制造共轴光泵浦装置的方法，包括以下步骤：

[0025] ①将所述的锥形凹透镜2和锥形凸透镜3组装成锥形望远镜系统，要求泵浦光1经过该锥形望远镜系统后，扩束并准直成套筒状的泵浦光束，但不改变方向；

[0026] ②在所述的套筒状的泵浦光束方向设置所述的反射镜6，该反射镜6镜面与泵浦光束成45°夹角，使所述的反射镜6的45°准直小孔的中轴与所述电子束5的中轴同轴；

[0027] ③仔细调整所述的泵浦光1、锥形凹透镜2、锥形凸透镜3和反射镜6，使所述的泵浦光1经所述锥形凹透镜2、锥形凸透镜3和反射镜6之后的光轴、反射镜6的45°准直小孔的中轴、所述电子束5的中轴和样品7中心重合；

[0028] ④在所述的锥形凸透镜3和反射镜6之间的光路上添加球形透镜4；

[0029] ⑤调节所述的球形透镜4沿泵浦光1的前后位置，使所述的样品7上的激光光斑大小和电子束斑相匹配。

[0030] 泵浦光在样品处的密度和相位分布如图2所示，用于探测的电子脉冲经过反射镜的准直小孔后作用到被脉冲光泵浦的样品区域上，这样实现了激光泵浦电子探测的共轴结构。