多碱光电阴极饱和机理研究

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1、多碱光电阴极饱和机理研究*谢运涛，孙晓泉，王玺，张玉钧（国防科学技术大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽合肥230037）摘要：多碱光电阴极饱和机理的研究对于提高阴极电子发射能力具有重要意义。依据光电阴极三步电子发射理论，采用蒙特卡洛法研究了多碱光电阴极的电子发射过程。研究结果与相关文献中的实验数据进行了对比分析，光子能量临近光阴极响应阈值附近时，得到的量子效率曲线以及电子能量分布曲线与实验数据吻合良好。基于上述模型，研究了光压效应和空间电荷效应对多碱光电阴极电子发射特性的影响。结果表明，多碱光电阴极在光压效应限制下的阈值饱和激光能量

2、密度约为8μJ/cm2，在空间电荷效应限制下的阈值饱和激光能量密度约为2.23μJ/cm2。开展了266nm激光辐照多碱光电阴极实验，经测量，多碱光阴极的阈值饱和激光能量密度约为2μJ/cm2，表明空间电荷效应是限制其光电子发射能力的主要因素。关键词：多碱光电阴极；蒙特卡洛法；量子效率；能量分布；饱和中图分类号：O462.3文献标志码：A文章编号：StudyontheSaturationMechanismofMulti-alkaliPhotocathodeXIEYuntao,SUNXiaoquan,WANGXi，ZHANGYujun(St

3、ateKeyLaboratoryofPulsedPowerLaserTechnology,NationalUniversityofDefenseTechnology,Hefei230037,China)Abstract:Thestudyofthesaturationmechanismofmulti-alkaliphotocathodeisofgreatsignificanceforimprovingitselectronemissionperformance.Accordingtothethree-stepelectronemission

4、model,theelectronemissionprocessofamulti-alkaliphotocathodewasstudiedbyMonte-Carlomethod.Simulationresultsarecomparedwithexperimentaldatainrelatedliteratures.Whenthephotonenergyisnearthephotoemissionthresholdofthephotocathode,theobtainedquantumefficiencycurvesandelectrone

5、nergydistributioncurvesareingoodagreementwithexperimentaldata.Basedontheabovemodel,thephoto-voltageeffectandspacechargeeffectontheelectronemissioncharacteristicsofmulti-alkaliphotocathodewerestudied.Resultsshowthatthethresholdlaserenergydensityofthephotocathodeisabout8μJ/

6、cm2underphoto-voltageeffect,and2.23μJ/cm2underspacechargeeffect.Anexperimentalinvestigationofthesaturationeffectofmulti-alkaliphotocathodeirradiatedwith266nmlaserwasconducted.Thesaturationthresholdlaserenergydensitywasabout2μJ/cm2,indicatingthatspacechargeeffectisthemainf

7、actorlimitingitsphotoelectronemissioncapability.Keywords:multi-alkaliphotocathode;Monte-Carlomethod;quantumefficiency;energydistribution;saturatio多碱光电阴极灵敏度较高，且拥有较宽的光谱响应范围，在性能上接近第三代负电子亲和势光电阴极。其制作工艺简单，真空度要求低，价格上优于第三代光电阴极，目前大量应用于光电倍增管、超二代像增强器、微波电子枪等真空器件[1][2]。对于超二代像增强器，较低的光阴

8、极饱和阈值限制了像增强器的动态范围，使得像增强器容易受强激光饱和干扰。实验表明[3][4]，随着入射激光单脉冲能量增加，光电阴极出射电子数将达到饱和。对该现象存在两种解释：一是阴极附近的高密度