来自碳纳米管纤维场发射阴极的高亮度空间相干束

由纱线、薄膜或纤维制成的大面积碳纳米管（CNT）阴极长期以来有望成为面向高功率射频（rf）和微波真空电子器件的下一代电子源。然而，实验证据一直指出此类阴极产生的电子束存在空间不相干性，这反过来阻碍了高亮度 CNT 电子源及其实际应用的进展。确实，通常大面积 CNT 纤维、薄膜或织物在其物理表面上以大发射角和大横向展宽随机发射，意味着大发射度因而低亮度。在这项工作中，利用高分辨率场发射显微镜，我们证明对传统电镀头发丝粗细的 CNT 纤维随后进行飞秒激光切割以制备发射表面，能极好地解决所述不相干发射问题。引人注目的是，观察到半径约 $75\,\mu\text{m}$ 的整个（在误差范围内）阴极表面沿外加电场方向均匀发射（无热点）。纤维表面的归一化发射度估计为52 nm，脉冲模式工作下估计亮度为 $>$$10^{15}\frac{\text{A}}{\text{m}^2\text{rad}^2}$（或 $>$$10^7$ A m$^{-2}$sr$^{-1}$V$^{-1}$）。