CN110890256A - 一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，包括：真空腔，以及设置于真空腔内且中轴线重合并依次间隔排列的光电阴极、栅极、阳极、电会聚镜和电物镜；光电阴极用于在飞秒激光脉冲激励下产生飞秒脉冲电子束；光电阴极和阳极之间加电压，用于对电子束加速；电会聚镜和电物镜的电压均可调，用于两次对加速后的电子束会聚，得到平行束或实际所需会聚角的会聚束电子脉冲。本发明采用电会聚镜和电物镜来对脉冲电子束进行两次聚焦，电会聚镜和电物镜的电压灵活可调，从而可得到不同会聚程度和束斑尺寸的脉冲电子束。另外，本发明采用静电透镜能大幅减少电子源装置的尺寸，结构简单，进而能够提高所需电子束的质量以及灵活可控性。

Description

一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置

技术领域

本发明属于电子显微成像领域，更具体地，涉及一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置。

背景技术

电子衍射和超短激光脉冲相结合而成的超快电子衍射成为电子显微成像领域的新技术。超快电子衍射具备原子运动尺度的时间和空间分辨能力，能够实现同时在时间和空间结构上对超快动力学过程进行实时观测，在结构相变、化学反应、材料科学、蛋白质功能等物理、化学、材料和生物领域的研究中都有广泛应用。

超快电子衍射的关键在于获得高质量的超短电子脉冲，它决定了这种技术的时间、空间分辨能力以及获取所研究对象的动力学过程信息的能力。超短电子脉冲的产生一般利用飞秒激光脉冲，照射光电阴极，通过光电效应释放电子，这些电子从光电阴极出射的瞬间，完全复制了入射的飞秒激光的时域特性。然而脉冲电子束在后续传播的过程中会因为电子之间的库仑排斥作用而令脉冲在时间上和空间上展宽，目前在超快电子显微领域一般通过减少电子束的密度、减少电子束的飞行距离，或者引入射频脉冲压缩和兆电子伏等方法来抑制脉冲电子束的展宽。

调控超短电子脉冲的另一个特性是调节电子脉冲入射到待研究样品上的束斑大小以及会聚角度。超快电子衍射研究的对象形貌包括薄膜、块体、表面以及纳米微晶；样品的形态包括了单晶、多晶、非晶等固相，而且还有气相及液相。不同的研究对象以及不同的研究目标要求超快电子衍射装置能提供具有相应特性的电子脉冲，例如研究薄膜的晶格热振动要求脉冲电子以平行束入射，通过布拉格衍射获取晶格热运动的变化；研究块体样品中瞬态应变时要求脉冲电子以会聚束入射，利用菊池衍射提供晶格形变的高灵敏度观测；样品晶粒的大小要求脉冲电子的束斑尺寸可作相应调整。

以往的超快电子源设计中，光电子的产生通过飞秒激光脉冲以背照明的方式激励光电阴极薄膜，由此方法产生的脉冲电子束的束斑大小受限于飞秒激光脉冲的束斑尺寸。在调控飞秒电子束束斑尺寸及会聚角特性方面，以往的超快电子源设计采用磁线圈作聚焦镜，用于会聚飞秒电子脉冲。受限于磁线圈的体积、发热以及材料放气等特性，超快电子源的磁线圈被设计在电子源腔体外部。因为上述的传播距离带来的脉冲展宽效应，外置磁线圈的设计难以在较短的范围内安装足够的磁聚焦镜同时调节脉冲电子束的束斑尺寸以及会聚角度。此外，因为运动电子受磁场中洛伦兹力的指向，磁透镜约束下的电子被引入绕传播方向为轴线的旋转运动，相比受电场约束沿电场方向作直线运动的运动轨迹更复杂，在实验调节中增加复杂性。

发明内容

本发明提供一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，用以解决现有电子源装置因采用磁元件聚焦而存在系统复杂进而导致在实际应用中会聚角调节困难的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，包括：真空腔，其腔体上设置有激励光窗口，以及设置于所述真空腔内且中轴线重合并依次间隔排列的光电阴极、栅极、阳极、电会聚镜和电物镜；

所述光电阴极用于在与通过所述激励光窗口照射过来的飞秒激光脉冲发生光电效应后，产生飞秒脉冲电子束；所述光电阴极和所述阳极之间加电压，用于对所述电子束加速；所述电会聚镜和所述电物镜的电压均可调，用于两次对所述加速的电子束会聚，得到平行束或实际所需会聚角的会聚束电子脉冲。

本发明的有益效果是：本发明采用电会聚镜和电物镜构成双静电透镜来对脉冲电子束进行两次聚焦，通过调节电会聚镜和电物镜的电压以及光电加速组件的电压，可得到不同会聚程度和束斑尺寸的脉冲电子束，从而可以实现会聚角灵活可调的脉冲电子束生产装置。另外，本发明采用静电透镜能大幅减少电子源装置的尺寸，避免了在装置中使用磁性元件(例如磁线圈)所带来的电子源装置体积大的问题，结构简单，进而能够提高所需电子束的质量以及灵活可控性。因此，本发明适用于多种样品以及多种衍射模式，例如薄膜样品的布拉格衍射、菊池衍射，样品表面的反射式电子衍射等，为观测物理、化学以及生物的超快过程提供了一种多功能的实用研究工具。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述装置还包括：设置于所述真空腔内的电偏转组件，其中，所述光电阴极、所述栅极、所述阳极、所述电会聚镜、所述电偏转组件和所述电物镜的中轴线重合并依次间隔排列；

所述电偏转组件用于对经所述电会聚镜一次会聚得到的电子束的传播方向及形状进行微调，以使电子束经所述电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的会聚束电子脉冲。

本发明的进一步有益效果是：本发明电子源装置还包括无磁的电偏转组件，其与其它元件中轴线重合且间隔排列，用于调节电子束传输路径，以实现电子束的准直或电子束在所需方向飞行，结构简单，调控灵活，进一步能够适用于不同的样品几何形状和物质形态，从而实现对物理、化学、材料、生物等领域的多种研究体系的超快结构动力学过程的实时探测。

进一步，所述电偏转组件包括：中轴线重合并依次间隔排列的第一准直组件、第二准直组件和第三准直组件；

所述第一准直组件用于为使得经所述电会聚镜一次会聚得到的电子束的方向与中轴线重合而对该电子束的方向粗调；所述第二准直组件用于使得所述粗调后的电子束的方向与所述中轴线重合；所述第三准直组件用于根据实际需要，精调所述电子束的传播方向及形状，以使电子束经所述电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的电子脉冲。

本发明的进一步有益效果是：本发明对电偏转组件分成三个部分，第一个部分先对电子束的方向进行粗调，之后再采用第二部分进行精调，最后根据实际需要进行进一步调节，以生成实际所需形状的电子脉冲，调节精度和效率较高。

进一步，第一准直组件包括中轴线重合并间隔排列的准直孔和电压可调的第一四极校准镜；与所述准直孔相邻的所述第二准直组件包括电压可调的至少两个第二四极校准镜；所述第三准直组件包括电压可调的至少两个八极校准镜。

本发明的进一步有益效果是：电会聚镜第一次将电子束会聚，会聚后的电子束由第一四极校准镜准直之后通过准直孔，以便滤去杂散的电子，被准直孔约束后的电子束进入至少两个第二四极校准镜，通过不断调节每个第二四极校准镜的电压，以使得电子束经过至少两个第二四极校准镜之后，能够与中轴线尽可能重合，之后最后一个第二四极校准镜输出的电子束依次经过至少两个八极校准镜，通过精调每个八极校准镜的电压，使得由最后一个八极校准镜射出的电子束能够经电物镜、出射小孔之后在样品上形成预设形状和尺寸的电子束，所有元件不产生磁场，可靠性高，实用性强。

进一步，所述光电阴极的材料为LaB₆单晶颗粒。

本发明的进一步有益效果是：由于LaB₆单晶的功函数低，在激光照射下性能稳定，延长使用寿命。

进一步，所述真空腔内壁设置有磁场屏蔽金属罩。

本发明的进一步有益效果是：设置磁场屏蔽金属罩，可避免地磁场等外部磁场干扰，提高电子束的调节可控性、灵活性，进一步提高电子束形状和方向的控制精度。

进一步，所述间隔排列具体为毫米级的间隔排列，所述真空腔内的真空度小于10^{- 7}Torr，且所述真空腔内所有元件的表面平整度在微米级或以下。

本发明的进一步有益效果是：各相邻元件的间隔在毫米级，结构紧凑，整个电子源装置的体积较小，可极大缩短电子束的传输路径，降低电子束脉宽的展宽，提高电子束的传输质量，例如，光电阴极和阳极之间的距离可为6mm，以减小电子束的脉宽因静电库仑排斥力带来的展宽。然而由于结构紧凑，容易导致各元件表面产生尖端放电等问题，本发明通过提高真空腔的真空度以及各元件表面的平整度，以有效避免放电等不良现象，使得该电子源装置生成所需电子束的可操作性强。

进一步，所述激励光窗口设置于所述光电阴极发射电子形成电子脉冲的一侧，且其中心轴线经过所述光电阴极的中心点，用于导入激光脉冲，使得所述激光脉冲以前照明的方式入射到光电阴极表面。

本发明的进一步有益效果是：采用前照明激励光电阴极，只要光电阴极材料晶体颗粒的直径小于激光束斑直径，发射的电子束斑直径就不受激光束斑大小的影响，而是完全由光电阴极材料的尺寸决定，采用前照式光电阴极设计也方便光电阴极达到使用寿命时更换阴极材料。而若激励光窗口设计在真空腔体上的光电阴极的与栅极相对的一侧，即在光电阴极发射电子方向的相反一侧，这样激光背照光电阴极。由于背照要求光电阴极材料形态为薄膜形状，光电阴极发射的电子束斑直径由阴极上激光束斑的大小决定，而激光束斑不能聚焦到太小的尺寸以免烧蚀损伤阴极，具体的，在实际的使用中通过背照明产生的电子束斑直径为数百个微米大小。此外，背照式光阴极还要求光电阴极材料尽可能薄，薄的光电阴极容易在激励光的辐照下发生损伤，需要频繁更换光电阴极材料。因此本发明在实际应用时采用简单方便、实用性强的前照明激励的光电阴极。

进一步，所述光电阴极晶体颗粒的直径为15-25μm。

进一步，电子源装置还包括：固定连接光电阴极的真空连通件，其活动设置于真空腔体上的位于光电阴极的与所述栅极相对的一侧，用于在真空腔体上取下以更换光电阴极。

本发明的进一步有益效果是：光电阴极与真空连通件相连，光电阴极可随连通件一起取出脱离真空腔体，以进行更换，应用方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的电会聚镜和电物镜的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的四极校准镜的示意图；

图5为本发明实施例提供的八极校准镜的示意图；

图6为本发明实施例提供的电子束直径随电会聚镜和电物镜电压以及工作距离的关系图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1、真空腔，11、激励光窗口，12、全程真空规，13、真空泵，2、光电阴极，21、栅极，22、阳极，3、电会聚镜，4、电物镜，5、出射小孔，6、第一四极校准镜，7、准直孔，8、第二四极校准镜，9、八极校准镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，如图1所示，包括：腔体上设置有激励光窗口的真空腔1，以及设置于真空腔内且中轴线重合并依次间隔排列的光电阴极2、栅极21、阳极22、电会聚镜3和电物镜4；光电阴极用于在与通过激励光窗口11照射过来的飞秒激光脉冲发生光电效应后，产生飞秒脉冲电子束；光电阴极和阳极之间加电压，用于对电子束加速；电会聚镜和电物镜的电压均可调，用于两次对加速后的电子束会聚，得到平行束或实际所需会聚角的会聚束电子脉冲。

需要说明的是，电子源装置的真空腔体可为不锈钢结构，采用CF法兰密封，并通过真空泵13来获得超高真空，其中，采用全程真空规12测量真空度，全程真空规的测量范围从大气压到<5×10^-10Torr。

激励光通过激励光窗口入射到光电阴极的表面产生电子脉冲，后续的元件(栅极、阳极、电会聚镜和电物镜)沿电子脉冲的传播方向依次排列设置，其中，各元件的中轴线为各自电子束传输路径方向的中轴线，这种元件排列设置的目的是缩短光电阴极表面产生的电子束的传输路径，减小电子束的脉宽在传输过程中的展宽，同时易于控制电子束方向和形状。

其中，光电阴极、栅极和阳极构成电子加速电极，从左至右依次排列且同轴设置。例如，栅极呈扁平结构，中间带有一直径约30μm的小孔，栅极与光电阴极相对平行设置，且栅极小孔中心与光电阴极中心连线垂直于光电阴极和栅极的平面，光电阴极上所加的电压为0至-30kV可调的负高压，栅极电压浮置于光电阴极电压之上，为0至-500V可调，栅极加载偏置电压时，可抑制光电阴极中心周围的大角度电子发射，只允许光电阴极中心部位发射电子，从而减少电子束的初始发散角，阳极接地，其中心处有一圆形小孔，小孔的直径约100μm，阳极小孔中心在光电阴极和栅极中心轴线上。

电会聚镜和电物镜可均为Einzel电透镜，如图2所示，电会聚镜和电物镜由三段同轴放置的金属圆管构成，其中两头的金属圆管接地，中间的金属圆管加负高压，通过调节电会聚镜和电物镜的电压，可以得到会聚角不同的脉冲电子束。

电会聚镜会聚经光电阴极和阳极加速后输出的电子束；电物镜对该电子束二次会聚，得到平行束或会聚束飞秒电子脉冲并经电子源装置上的出射小孔射出，电会聚镜和电物镜构成双静电透镜来对脉冲电子束进行聚焦，通过调节电会聚镜和电物镜的电压值，可得到不同会聚程度的脉冲电子束，从而可以得到会聚角可调的脉冲电子束。

本装置在电子源中引入双静电透镜，可通过调节阴阳极间的加速电压、电会聚镜和电物镜的电压来调节电子束的束斑尺寸与会聚角，采用静电透镜能大幅减少电子源装置的尺寸，避免了在装置中使用磁性元件，进而避免了磁线圈带来的体积大的问题，并且整个系统内没有装置自身所产生的磁场，电场比磁场更容易操控，因此，适用于多种样品以及多种衍射模式，例如薄膜样品的布拉格衍射、菊池衍射，样品表面的反射式电子衍射等，为观测物理、化学以及生物的超快过程提供了一种多功能的研究工具。

优选的，电子源装置还包括：设置于真空腔内的电偏转组件，其中，光电阴极、栅极、阳极、电会聚镜、电偏转组件和电物镜的中轴线重合并依次间隔排列；电偏转组件用于对经电会聚镜一次会聚得到的电子束的传播方向及形状进行微调，以使电子束经电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的会聚束电子脉冲。

电子源装置还包括无磁的电偏转组件，用于调节电子束飞行路径以实现电子束的准直，结构体积小，同时方便了电子束的调整以达到所需的电子脉冲用于实际需要，因此，进一步能够适用于不同的样品几何形状和物质形态，从而实现对物理、化学、材料、生物等领域的多种研究体系的超快结构动力学过程的实时探测。

优选的，上述电偏转组件包括：中轴线重合并依次间隔排列的第一准直组件、第二准直组件和第三准直组件；第一准直组件用于为使得经电会聚镜一次会聚得到的电子束的方向与中轴线重合而对该电子束的方向粗调；第二准直组件用于使得上述粗调后的电子束的方向与中轴线重合；第三准直组件用于根据实际需要，精调电子束的传播方向及形状，以使电子束经电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的电子脉冲。

对电偏转组件分成三个部分，第一个部分先对电子束的方向进行粗调，之后再采用第二部分进行精调，最后根据实际需要进行进一步调节，以达到实际所需的形状的电子脉冲，调节精度和效率较高。

优选的，如图3所示，第一准直组件包括中轴线重合并间隔排列的第一四极校准镜7(电压可调)和准直孔8；与准直孔相邻的第二准直组件包括电压可调的至少两个第二四极校准镜9；第三准直组件包括电压可调的至少两个八极校准镜10。需要说明的是，图3中，第二四极校准镜9有两个，八极校准镜10有2个。

电会聚镜第一次将电子束会聚，会聚后的电子束由第一四极校准镜准直之后通过准直孔，以便滤去发散角度较大的杂散电子，被准直孔约束后的电子束进入至少两个第二四极校准镜，通过不断调节每个第二四极校准镜的电压，可修正电子束传播时相对中心轴线的偏移，以使得电子束经过至少两个第二四极校准镜之后，能够与中轴线尽可能重合，之后最后一个第二四极校准镜输出的电子束依次经过至少两个八极校准镜，通过精调每个八极校准镜的电压，可修正电子束传播时相对中心轴线的偏移以及电子束偏离静电透镜后产生的像散，使得由最后一个八极校准镜射出的电子束能够经电物镜、出射小孔之后在样品上形成预设形状和尺寸的电子束，所有元件不存在磁，可靠性高。

例如，四极校准镜如图4所示，由四片金属薄片构成，八极校准镜由图5所示，由八片金属薄片构成，由此可见，八极校准镜的电压调节精度比四极校准镜更高，因此可以进一步调节电子束的方向和形状以在样品得到实际需要的电子束。电会聚镜、电物镜的加载电压可为0至-20kV可调；各四极校准镜中相对的两个电极的电压相同，可加载为-150V至150V可调；各八极校准镜中相间的相对两个电极之间的加载电压从-100至100V可调。

通过激励光电阴极产生电子脉冲，再通过调节光电阴极和阳极间的加速电压、电会聚镜和电物镜的电压来调节电子束的束斑尺寸与会聚角，期间通过多个四极校准镜和八极校准镜对电子束的传输路径进行矫正，整个装置的结构中没有使用磁透镜，由上述的电偏转组件，能够更加精确的调节电子束的方向和形状，提高实用性。

优选的，上述光电阴极的材料为LaB₆单晶颗粒。

由于LaB₆单晶的功函数低，在激光照射下性能稳定，可以提高电子源的电子束产生可靠性，并避免了多次更换光电阴极所带来的操作复杂性。

优选的，真空腔内壁设置有磁场屏蔽金属罩，减小地磁场等外部磁场的干扰。

优选的，上述所有间隔排列具体可为毫米级的间隔排列，真空腔内的真空度小于10^-7Torr，且真空腔内所有元件的表面平整度在微米级或以下。

各相邻元件的间隔在毫米级，结构紧凑，整个电子源装置的体积较小，可极大缩短电子束的传输路径，降低电子束的展宽，提高电子束的传输质量，例如，光电阴极和阳极之间的距离可为6mm(减小电子束的脉宽因静电库仑排斥力带来的展宽)。然而由于结构紧凑，容易导致各元件表面产生尖端放电等问题，因此通过提高真空腔的真空度以及各元件表面的平整度，以避免放电等不良现象。

需要说明的是，真空泵一般由前级干泵、分子泵组成，也可以再加上离子泵以进一步提高真空腔的真空度。真空腔体12的真空一般低于10^-7Torr，加上离子泵后真空可低于10^-9Torr。

优选的，上述激励光窗口设置于光电阴极发射电子形成电子脉冲的一侧，且其中心轴线经过光电阴极的中心点，用于导入飞秒激光脉冲，使得飞秒激光脉冲以前照明的方式入射到光电阴极表面。

用于导入激光并照射光电阴极的激励光窗口被设计于光电阴极的前面即光电阴极发射电子的方向，激励光窗口的中心轴线穿过光电阴极的中心点，所导入的激光脉冲以前照明的方式通过激励光窗口的轴线入射到光电阴极前表面，激励光电阴极产生电子脉冲。

本方法采用前照明激励光电阴极，只要光电阴极材料的直径(15-25μm)小于激光束斑直径(一般为几百μm)，发射的电子束斑直径就不受激光束斑大小的影响，而是完全由光电阴极材料尺寸决定，采用前照式光电阴极设计也方便光电阴极达到使用寿命时更换阴极材料。而若激励光窗口设计在真空腔体上的光电阴极的与栅极相对的一侧，即在光电阴极发射电子方向的相反一侧，这样激光背照光电阴极。由于背照产生的电子脉冲束斑尺寸由激励激光束斑尺寸决定，为避免烧蚀损伤阴极激光束斑直径一般为几百微米，难以产生更小尺寸的电子脉冲。

优选的，上述光电阴极单晶颗粒的直径为15-25μm。发射的电子束斑直径不受激光束斑大小的影响，而是完全由光电阴极材料尺寸决定，需要说明的是，光电阴极上的用于发射电子束的材料仅为一个单晶颗粒，其直径为15-25μm。

优选的，电子源装置还包括：固定连接光电阴极的真空连通件14，其活动设置于真空腔体上的位于光电阴极的与栅极相对的一侧，用于在真空腔体上取下以更换光电阴极。

光电阴极与真空连通件相连，光电阴极可随连通件一起取出脱离真空腔体，以进行更换。

另外，真空连通件14提供高压接口给所有元件供电，图3中真空连通件15在电子源工作时需要取下，此时真空腔体1与超快电子束实验装置的真空腔体相连；真空连通件15用于在运输和存储过程中保护电子源内部部件以及保持真空腔体内部的洁净度。

为了更好的说明本发明，现测出具体数据，如图6中的左图为固定电会聚镜和电物镜电压时电子束斑直径与工作距离的关系，即电会聚镜和电物镜电压保持不变时，电子束斑直径与不同工作距离的关系，工作距离为出射小孔距离测量电子束直径装置或样品的距离；图6中的右图为固定工作距离时电子束斑尺寸与电会聚镜和电物镜电压的关系，即在固定工作距离下测量电子束斑尺寸与电会聚镜和电物镜电压的关系。从左图可以看出电子束斑在电会聚镜和电物镜的共同作用下聚焦，在焦点前的电子束斑直径越靠近焦点越小，从而可以算出会聚角，而从右图可以看出在工作距离固定的情况下，电子束斑的直径随电会聚镜和电物镜的电压而变化，通过改变电会聚镜和电物镜的电压可以改变电子束斑的会聚角，从而实现本发明的会聚角可调的飞秒电子源。基于本实施例的电子源装置，通过提前测定相关数据，在实际应用时通过直接调节各元件的电压即可调节得到实际所需的电子束，且方便快捷，实用性强。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，包括：真空腔，其腔体上设置有激励光窗口，以及设置于所述真空腔内且中轴线重合并依次间隔排列的光电阴极、栅极、阳极、电会聚镜和电物镜；

所述光电阴极用于在与通过所述激励光窗口照射过来的飞秒激光脉冲发生光电效应后，产生飞秒脉冲电子束；所述光电阴极和所述阳极之间加电压，用于对所述电子束加速；所述电会聚镜和所述电物镜的电压均可调，用于两次对所述加速的电子束会聚，得到平行束或实际所需会聚角的会聚束电子脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述装置还包括：设置于所述真空腔内的电偏转组件，其中，所述光电阴极、所述栅极、所述阳极、所述电会聚镜、所述电偏转组件和所述电物镜的中轴线重合并依次间隔排列；

所述电偏转组件用于对经所述电会聚镜一次会聚得到的电子束的传播方向及形状进行微调，以使电子束经所述电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的会聚束电子脉冲。

3.根据权利要求2所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述电偏转组件包括：中轴线重合并依次间隔排列的第一准直组件、第二准直组件和第三准直组件；

所述第一准直组件用于为使得经所述电会聚镜一次会聚得到的电子束的方向与中轴线重合而对该电子束的方向粗调；所述第二准直组件用于使得所述粗调后的电子束的方向与所述中轴线重合；所述第三准直组件用于根据实际需要，精调所述电子束的传播方向及形状，以使电子束经所述电物镜二次会聚后在样品处形成所需形状的电子脉冲。

4.根据权利要求3所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，第一准直组件包括中轴线重合并间隔排列的准直孔和电压可调的第一四极校准镜；与所述准直孔相邻的所述第二准直组件包括电压可调的至少两个第二四极校准镜；所述第三准直组件包括电压可调的至少两个八极校准镜。

5.根据权利要求1所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述光电阴极的材料为LaB₆单晶颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述真空腔内壁设置有磁场屏蔽金属罩。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述间隔排列具体为毫米级的间隔排列，所述真空腔内的真空度小于10^-7Torr，且所述真空腔内所有元件的表面平整度在微米级或以下。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述激励光窗口设置于所述光电阴极发射电子形成电子束的一侧，且其中心轴线经过所述光电阴极的中心点，用于导入飞秒激光脉冲，使得所述飞秒激光脉冲以前照明的方式入射到光电阴极表面。

9.根据权利要求8所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述光电阴极的单晶颗粒直径为15-25μm。

10.根据权利要求8所述的一种会聚角可调无磁飞秒电子源装置，其特征在于，所述装置还包括：固定连接所述光电阴极的真空连通件，其活动设置于所述真空腔体上的位于所述光电阴极的与所述栅极相对的一侧，用于在真空腔体上取下以更换光电阴极。

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