高时空分辨兆伏特电子衍射与成像装置研究
发布时间：2021-02-26 23:56
超快电子衍射与成像装置是探测原子尺度结构变化过程的有力工具,已在物理、化学、材料科学、生命科学等领域内诸多基础问题的研究中发挥了重要的作用。由于受限于严重的空间电荷效应,千伏特超快电子衍射时间分辨能力大于原子运动的基本时间尺度（100飞秒）。基于光阴极微波电子枪的兆伏特超快电子衍射能够突破该限制从而提高时间分辨能力,而且兆伏特超快电子成像由于电子束团的电荷密度更高从而更利于实现单发成像。本论文围绕研制高性能的兆伏特超快电子衍射与成像装置开展了模拟优化与实验研究,并探索了相关电子束流的先进操控技术。针对兆伏特超快电子衍射原型装置中静态衍射样斑信噪比不够高和动态实验衍射峰强度抖动较大的两个主要问题,我们从暗电流、电子探测效率、电子源稳定性、样品与电子束空间重合等四个方面优化了装置,获得了信噪比更高的静态衍射样斑并研究了单晶金的热致结构变化动力学过程。此外,我们利用聚束腔完全压缩电子束并用偏转腔以1飞秒每像素的时间分辨率测量了均方差9飞秒的电子脉宽。我们利用粒子跟踪程序（General Particle Tracer）模拟了兆伏特超快电子成像,在理论上给出了兆伏特超快电子成像对电子源的需求。...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 时空分辨探测技术
1.1.1 时空分辨电子衍射
1.1.2 时空分辨电子成像
1.2 兆伏特电子超高时空分辨探测技术
1.2.1 兆伏特电子超高时空分辨探测技术的原理与优势
1.2.2 兆伏特超快电子衍射发展现状
1.2.3 兆伏特超快电子成像发展现状
1.2.4 兆伏特超快电子衍射与成像发展中面临的挑战
1.3 论文的主要内容与创新
1.3.1 论文主要工作
1.3.2 论文的创新点
第二章 兆伏特超快电子衍射与成像装置与模拟优化
2.1 系统布局与关键部件
2.1.1 微波电子源
2.1.2 高真空束线与样品室
2.1.3 电磁透镜成像系统
2.1.4 束流诊断优化与电子探测系统
2.2 兆伏特超快电子成像的模拟研究
2.2.1 模拟步骤与实现
2.2.2 模拟结果与分析
2.3 兆伏特超快电子成像的电影模式
2.3.1 兆伏特超快电子成像电影模式实现方式
2.3.2 兆伏特超快电子成像电影模式的模拟研究
2.4 本章小结
第三章 兆伏特超快电子衍射的实验研究
3.1 研究背景
3.2 兆伏特超快电子衍射原型装置状况
3.3 兆伏特超快电子衍射装置优化
3.3.1 暗电流的优化
3.3.2 电子探测效率的优化
3.3.3 电子源稳定性优化
3.3.4 样品与电子束空间重合
3.4 亚十飞秒相对论电子束的微波压缩
3.4.1 实验装置与方法
3.4.2 偏转腔时间分辨率的标定
3.4.3 实验结果与分析
3.5 兆伏特超快电子静态和动态衍射实验
3.5.1 倒空间分辨率
3.5.2 实验参数与流程
3.5.3 实验结果与分析
3.6 本章小结
第四章 兆伏特超快电子成像的实验研究
4.1 研究背景
4.2 MeV UEM电子源的具体需求与物镜研制
4.2.1 MeV UEM电子源的具体需求
4.2.2 物镜的研制
4.3 原型装置实验布局与电子束流优化
4.4 纳米结构与碳膜厚度衬度的单发成像
4.4.1 2000 目铜网格的成像
4.4.2 碳膜厚度衬度的成像
4.4.3 单发成像和积分模式的空间分辨率分析
4.5 相对论电子纳米尺度周期的空间密度调制
4.6 本章小结
第五章 兆伏特超快电子衍射与成像中先进操控技术
5.1 研究背景
5.2 库仑力驱动的相对论电子束压缩
5.2.1 实验装置与细节
5.2.2 压缩的物理机制
5.2.3 实验结果与分析
5.3 皮秒电子束非线性能散补偿
5.3.1 主动式谐波腔补偿非线性能散
5.3.2 被动式皱褶结构补偿非线性能散
5.4 皱褶结构中四极尾场时间分辨的测量
5.4.1 皱褶结构操控电子束的研究背景
5.4.2 量化四极尾场的实验装置和方法
5.4.3 实验分析与结果
5.5 本章小结
全文总结
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
本文编号：3053354
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 时空分辨探测技术
1.1.1 时空分辨电子衍射
1.1.2 时空分辨电子成像
1.2 兆伏特电子超高时空分辨探测技术
1.2.1 兆伏特电子超高时空分辨探测技术的原理与优势
1.2.2 兆伏特超快电子衍射发展现状
1.2.3 兆伏特超快电子成像发展现状
1.2.4 兆伏特超快电子衍射与成像发展中面临的挑战
1.3 论文的主要内容与创新
1.3.1 论文主要工作
1.3.2 论文的创新点
第二章 兆伏特超快电子衍射与成像装置与模拟优化
2.1 系统布局与关键部件
2.1.1 微波电子源
2.1.2 高真空束线与样品室
2.1.3 电磁透镜成像系统
2.1.4 束流诊断优化与电子探测系统
2.2 兆伏特超快电子成像的模拟研究
2.2.1 模拟步骤与实现
2.2.2 模拟结果与分析
2.3 兆伏特超快电子成像的电影模式
2.3.1 兆伏特超快电子成像电影模式实现方式
2.3.2 兆伏特超快电子成像电影模式的模拟研究
2.4 本章小结
第三章 兆伏特超快电子衍射的实验研究
3.1 研究背景
3.2 兆伏特超快电子衍射原型装置状况
3.3 兆伏特超快电子衍射装置优化
3.3.1 暗电流的优化
3.3.2 电子探测效率的优化
3.3.3 电子源稳定性优化
3.3.4 样品与电子束空间重合
3.4 亚十飞秒相对论电子束的微波压缩
3.4.1 实验装置与方法
3.4.2 偏转腔时间分辨率的标定
3.4.3 实验结果与分析
3.5 兆伏特超快电子静态和动态衍射实验
3.5.1 倒空间分辨率
3.5.2 实验参数与流程
3.5.3 实验结果与分析
3.6 本章小结
第四章 兆伏特超快电子成像的实验研究
4.1 研究背景
4.2 MeV UEM电子源的具体需求与物镜研制
4.2.1 MeV UEM电子源的具体需求
4.2.2 物镜的研制
4.3 原型装置实验布局与电子束流优化
4.4 纳米结构与碳膜厚度衬度的单发成像
4.4.1 2000 目铜网格的成像
4.4.2 碳膜厚度衬度的成像
4.4.3 单发成像和积分模式的空间分辨率分析
4.5 相对论电子纳米尺度周期的空间密度调制
4.6 本章小结
第五章 兆伏特超快电子衍射与成像中先进操控技术
5.1 研究背景
5.2 库仑力驱动的相对论电子束压缩
5.2.1 实验装置与细节
5.2.2 压缩的物理机制
5.2.3 实验结果与分析
5.3 皮秒电子束非线性能散补偿
5.3.1 主动式谐波腔补偿非线性能散
5.3.2 被动式皱褶结构补偿非线性能散
5.4 皱褶结构中四极尾场时间分辨的测量
5.4.1 皱褶结构操控电子束的研究背景
5.4.2 量化四极尾场的实验装置和方法
5.4.3 实验分析与结果
5.5 本章小结
全文总结
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
本文编号：3053354
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3053354.html
