用于短脉冲电子源应用的紧凑型带 RF 聚焦透镜的光阴极注入器研发

为了开发紧凑型超快电子源系统，我们目前正通过一系列综合建模分析过程，设计一种带有 RF 聚焦结构的短脉冲 RF 枪。我们利用多物理场仿真器系统地考察了带有输入耦合器的 2.5 单元谐振腔的电磁设计、光发射电子束的加速动力学、带有输入耦合器的 RF 透镜的电磁设计，以及聚焦电子束的相空间分析。2.856 GHz 腔体几何结构的所有特征均经过精密工程设计，以适应由我们的 5 MW S 波段速调管供电、加速能量范围从 100 keV 到 500 keV（安全限制）的需求。速调管（Thales TH2163）和调制器系统（ScandiNova K1 交钥匙系统）已成功安装并测试。速调管系统的性能测试显示，峰值输出功率大于 5 MW，符合运行规格。在准相对论能量下，该电子源能够产生电荷量为 100 fC 至 1 pC、脉冲持续时间接近 30 fs 至 1 ps、横向尺寸为几百微米的电子束。PIC 模拟表明，电子束经历快速 RF 加速，迅速达到所需能量，这可以通过调节 RF 注入相位和输入驱动功率来控制。研究还表明，利用 RF 透镜在纵向上聚焦/压缩电子束是可行的，这将使我们能够控制系统的时序分辨率。虽然我们的主要分析是基于 2.5 单元设计进行的，但我们也在研究半单元（单腔）设计，预计其能以更简单的配置提供相同的束流能量范围。