科学家找到测量重要光束特性的新方法

从自由电子激光器到尾场加速器再到电子显微镜，对于各种各样的高功率科学仪器，产生具有特定特性的明亮电子束是最重大的挑战之一。这些仪器可用于研究物质的原子能级性质或将粒子加速为高能。

试图创造最佳光束的科学家对确定产生光束的光电阴极的工作性能的两个特殊品质感兴趣，即它们的量子效率及其固有发射率。

量子效率测量所产生的光电子数与撞击阴极的光子之比。另一方面，本征发射率描述了电子发射时的电子束发散。

科学家对具有高量子效率和低本征发射率的阴极最感兴趣。但这还不是全部，他们还希望整个阴极的量子效率和固有发射率保持恒定。美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的加速器物理学家邵嘉航说：“您可以把我们的阴极想像成电视屏幕。” “我们的阴极由'像素'组成，就像在电视屏幕上一样，您希望每个像素具有相似的亮度。”

在来自Argonne的一项新研究中，Argonne Wakefield Accelerator设施的研究人员发现了一种新的更快的方法，可以同时测量光电阴极的量子效率和本征发射率的分布，并关联这些分布以更好地了解碲化铯的发射机理。阴极，光电阴极的主要类型。

邵说，测量阴极上每个点的本质发射率(实际上是逐像素进行)是一个非常耗时的过程。为了加快速度，研究人员使用了一种称为微透镜阵列的设备来创建多个可以同时测量的小子束，本质上是在形成图案而不是进行单独的测量。

“这种图案大大减少了我们对整个阴极表面进行测量所需的时间，因为我们不必一步一步地去做，我们可以同时对不同的区域进行采样，” Shao说。

为了测量子束的发射率，研究人员使用了一种称为螺线管的装置，该装置将光束聚焦在屏幕上。通过调节螺线管的聚焦强度并测量相应的光束大小，研究人员可以反向构造光束的发射率。

本征发射率是测得的总发射率的一个组成部分，它包含增长因子，该增长因子是由于电子团簇(称为空间电荷)或随着光束传播而引入的其他像差所产生的影响。试图了解阴极本身固有发射率的科学家必须以某种方式降低这些复合效应。在这项研究中，通过仔细的模拟和实验努力消除了这种影响。

在研究不同子束的特性时，研究人员注意到，具有更高量子效率的子束通常也往往具有更高的固有发射率，这使得设计最佳束的努力变得复杂。邵说：“看来我们总是会在量子效率和内在发射率之间进行某种取舍。” “问题是我们如何平衡两者。”

在5月4日出版的《物理评论加速器和光束》上，发表了一篇基于该研究的论文，“使用多个激光小束的射频光电注入器中碲化铯阴极的快速热发射率和量子效率图” 。

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