發(fā)布時間：2020-08-09 16:12

【摘要】：隨著加速器領域的快速發(fā)展,高平均功率自由電子激光(FEL),能量回收直線加速器(ERL),以及電子冷卻(electron cooling)都對光陰極提出了極高的要求,譬如:高量子效率,低發(fā)射度以及長壽命等等。砷化鎵作為優(yōu)秀的光電發(fā)射體,比傳統(tǒng)的光電陰極有著更高的量子效率,更低的發(fā)射度。有得有失,砷化鎵光陰極在壽命方面就十分的苛刻了,而決定砷化鎵陰極壽命長短的關鍵因素之一就是激光照射。目前,激光損傷砷化鎵材料的相關分析也是比較多的,但是對于砷化鎵陰極的損傷分析還有所欠缺。為了探究激光對砷化鎵陰極的損傷機理,本文采用建模進行理論分析,并采用軟件驗證分析,最后通過實驗驗證的方法完成了對輻照過程中砷化鎵材料和砷化鎵陰極激光損傷作用機理的分析。首先,對砷化鎵材料各項物理參數(shù)的收集,明確了解其參數(shù)在溫度變化時所發(fā)生的的變化,并對各參數(shù)進行函數(shù)擬合,通過理論推導計算得出砷化鎵的吸收系數(shù)、反射系數(shù)和反射率,并與砷化鎵材料和實測砷化鎵陰極的相關系數(shù)作比較�；跓醾鲗Х匠虒す廨椪丈榛夁M行了溫度場建模,同時基于瞬態(tài)傳熱建立了瞬態(tài)傳熱模型。同時結合激光與物質相互作用原理對模型進行理論分析,推導計算得出砷化鎵的熱熔損傷閾值約在18.165MW/cm2,結合有限元思想通過軟件模擬分析得到的熱熔損傷閾值在19MW/cm2,比較兩結果之間的差異,做出合理的誤差分析。結合熱應力和吸附脫附理論完善激光對砷化鎵陰極損傷機理,分析激光照射對負電子親和勢砷化鎵陰極表面的激活銫氧層的損耗和對陰極的性能和量子效率發(fā)生衰減之間的關聯(lián)。結合軟件模擬及實驗,對砷化鎵陰極托激光照射時導熱問題進行優(yōu)化改進并測試達標。使用準連續(xù)532nm激光與納秒脈沖532nm激光在平均功率相同的情況下對砷化鎵陰極造成損傷對比。設計實驗在大氣中利用激光照射測量出砷化鎵陰極的熱損傷閾值。在上述閾值功率之下,將制備后的砷化鎵陰極放入電子槍中用激光照射,觀察并記錄分析在較高功率密度下激光對砷化鎵陰極的損耗情況,尋找到激光照射砷化鎵陰極導致表面銫氧層完全脫附時一個激光功率密度閾值的范圍。本文的研究成果能夠為后續(xù)進一步研究激光對砷化鎵陰極損傷的機理提供參考,并能為砷化鎵陰極照射激光功率選擇提供依據(jù)。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;TN24
【圖文】：

２００１到２００２年，Ｓｉｎｇｈ等人用１０６４ｎｍ、脈寬３５ｐｓ、脈沖重頻１０Ｈｚ的激光照射砷逡逑化鎵材料，此時照射的砷化鎵晶向為＜１００〉，其結果的到其單脈沖的損傷閾值為２Ｘ逡逑１０１２Ｗ／ｃｍ，并且獲得了不同脈沖不同能量密度下材料表面的損傷形態(tài)［４３’４４］，如圖１．３所逡逑示。２００３年，Ｇｒａｇ等人用１０６４ｎｍ，脈寬２０ｎｓ的Ｎｄ：ＹＡＧ激光照射砷化鎵材料，他們逡逑所采用的砷化鎵材料也預先經過鏡面拋光，且照射晶向為〈１00＞，通過實驗測出其單脈逡逑沖的損傷閾值在0．９Ｊ／ｃｍ，然后又通過不同的脈沖數(shù)照射測量其損傷閾值的變化，最后逡逑將結果整理成一張關系圖［４５］，如圖１．４所示。２００４年，Ｔｒｅｌｅｎｂｅｒｇ等人用重頻１ｋＨｚ，脈逡逑寬１５０ｆｓ，波長８２０ｎｍ，能量密度為０．邋８Ｊ／ｃｍ２的激光照射砷化鎵材料，得出的結論是在逡逑經過８２０ｎｍ激光照射后的砷化鎵材料表面會出現(xiàn)微晶，這些微晶的出現(xiàn)會在一定程度上逡逑替代材料完成對激光的吸收，從而有效的提升了砷化鎵材料的損傷閾值［４６］。２０１０年，在逡逑ＩＰＡＣ會議上

驗結果表明砷化鎵所處環(huán)境溫度越高，陰極量子效率下降得越快，且下降趨勢越明顯；逡逑同時在所處溫度明顯高于環(huán)境溫度時，在前十個小時內陰極的量子效率會發(fā)生驟降，如逡逑圖１．５所示；再結合脫附公式，計算出在不同溫度下砷化鎵陰極表面吸附層的化學反應逡逑級數(shù)以及換算系數(shù)的值［４７］。逡逑ＨW逡逑W歫逡逑ｍｕ逡逑圖１．３電鏡下激光致砷化鎵材料的損傷圖逡逑１邋丁逡逑Ｉ逡逑ＵＪ逡逑Ｉ逡逑0逡逑０Ｈ邐１——Ｉ邐１邐１邐＇邐１邐＊邐１逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０逡逑ＮＯ．邋ＯＦ邋ＰＵＬＳＥＳ逡逑圖１．４在重頻為２０Ｈｚ的脈沖激光照射下砷化鎵材料損

驗結果表明砷化鎵所處環(huán)境溫度越高，陰極量子效率下降得越快，且下降趨勢越明顯；逡逑同時在所處溫度明顯高于環(huán)境溫度時，在前十個小時內陰極的量子效率會發(fā)生驟降，如逡逑圖１．５所示；再結合脫附公式，計算出在不同溫度下砷化鎵陰極表面吸附層的化學反應逡逑級數(shù)以及換算系數(shù)的值［４７］。逡逑ＨW逡逑W歫逡逑ｍｕ逡逑圖１．３電鏡下激光致砷化鎵材料的損傷圖逡逑１邋丁逡逑Ｉ逡逑ＵＪ逡逑Ｉ逡逑0逡逑０Ｈ邐１——Ｉ邐１邐１邐＇邐１邐＊邐１逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０逡逑ＮＯ．邋ＯＦ邋ＰＵＬＳＥＳ逡逑圖１．４在重頻為２０Ｈｚ的脈沖激光照射下砷化鎵材料損

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1 ;日制出特大型砷化鎵單晶體[J];世界有色金屬;1994年05期

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本文編號：2787353