CN113950185B - 一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法，包括：相互作用模块，相互作用模块包括：光阴极和电场发生装置，电场发生装置产生加速电场；激光器，输出水平偏振红外激光脉冲；分光模块，基于水平偏振红外激光脉冲形成第一激光脉冲和第二激光脉冲；第一光学模块，基于第一激光脉冲形成紫外激光，紫外激光激发光阴极形成电子束；第二光学模块，基于第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，径向偏振激光脉冲聚焦在相互作用模块内，形成轴向光电场；其中，电子束基于加速电场加速与轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后经过相互作用模块输出。本发明技术方案降低了阿秒电子脉冲产生难度，提高了可操作性。

Description

一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法

技术领域

本发明涉及粒子加速器领域，更具体的说，涉及一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法。

背景技术

随着科技的进步，阿秒科学是人们正在开拓的全新领域，而阿秒脉冲又是阿秒科学中至关重要的一部分。阿秒脉冲是指持续时间为阿秒量级(10^-18秒)的超短激光脉冲，能够应用于测量和控制内壳层束缚电子运动等过程，将人们研究物质结构的视野从分子拓展到原子内部。阿秒脉冲激光技术的发展，引发了X射线、自由电子激光、可控高温超导、超高分辨成像、电子信息处理等领域科学与技术层面研究的诸多重大突破。

在产生阿秒脉冲的方法中，光场调制被广泛的研究，光场调制方法的关键是如何使电子束在周期性电磁场中实现能量调制。针对是群聚相对论(高能量)电子束，现有的激光调制方法对光脉冲功率提出了极高的要求，商业激光器性能难以满足要求。而针对非相对论(低能量)电子束，现有的激光调制方法也较为复杂，实践难度极高。因此，如何针对不同的电子束，实现易于实践的阿秒脉冲的方法成为阿秒科学领域亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种产生阿秒电子脉冲的装置和方法，实现阿秒电子束之间的间隔连续可调谐，同时降低了产生阿秒电子脉冲的难度，提高了可操作性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种阿秒电子脉冲输出装置，所述输出装置包括：

相互作用模块，所述相互作用模块包括：光阴极和电场发生装置，所述电场发生装置用于产生加速电场；

激光器，用于输出水平偏振红外激光脉冲；

分光模块，用于基于所述水平偏振红外激光脉冲形成第一激光脉冲和第二激光脉冲；

第一光学模块，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发所述光阴极形成电子束；

第二光学模块，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述径向偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块内，形成轴向光电场；

其中，所述电子束基于所述加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后经过所述相互作用模块输出。

优选的，所述第一光学模块包括：三倍频单元，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光。

优选的，所述第一光学模块还包括：整形单元，用于将缩小所述紫外激光的横向尺寸。

优选的，所述第二光学模块包括：

涡旋波片，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲；

聚焦单元，用于将所述径向偏振激光脉冲进行聚焦。

优选的，所述第二光学模块还包括：光调节单元，用于调节所述第二激光脉冲，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

优选的，所述径向偏振激光脉冲聚焦形成焦点区域，所述焦点区域与所述光阴极的距离不超过250μm。

基于上述任何一种阿秒电子脉冲输出装置，本发明技术方案还提供了一种阿秒电子脉冲输出方法，所述输出方法包括：

通过激光器出射水平偏振红外激光脉冲；

通过分光模块将所述水平偏振红外激光脉冲分为第一激光脉冲和第二激光脉冲；

形成紫外激光以及径向偏振激光脉冲，包括：通过第一光学模块将所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发相互作用模块中的光阴极形成电子束；通过第二光学模块将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块内，形成轴向光电场；

所述电子束基于相互作用模块中加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后，经过所述相互作用模块输出。

优选的，所述第一光学模块包括：三倍频单元和整形单元；

通过第一光学模块将所述第一激光脉冲形成紫外激光的方法包括：

通过所述三倍频单元将所述第一激光脉冲形成所述紫外激光；

通过所述整形单元缩小所述紫外激光的横向尺寸。

优选的，所述第二光学模块包括：涡旋波片和聚焦单元；

通过第二光学模块将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块内的方法包括：

通过所述涡旋波片将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲；

通过所述聚焦单元将所述径向偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块内。

优选的，所述第二光学模块还包括：光调节单元；

所述第二激光脉冲通过所述光调节单元调节，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的阿秒电子脉冲输出装置和输出方法，通过设置分光模块、第一光学模块、第二光学模块以及相互作用模块，将激光器出射的水平偏振红外激光脉冲形成电子束和径向偏振激光脉冲，同时将径向偏振激光脉冲聚焦于相互作用模块内，并形成轴向光电场，所述电子束基于轴向光电场和相互作用模块内的加速电场调制形成阿秒电子脉冲，并通过加速电场加速后输出。上述阿秒电子脉冲光输出装置和输出方法，实现阿秒电子束之间的间隔连续可调谐，同时降低了产生阿秒电子脉冲的难度，提高了可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水平偏振激光脉冲和径向偏振激光脉冲的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种不同微波场振幅和相位条件下的群聚阿秒电子束的纵向相空间和流强分布示意图；

图4为本发明实施例提供的一种特定微波场振幅和相位条件下的单个阿秒电子脉冲的纵向相空间和流强分布示意图；

图5为本发明实施例提供的一种直流高压电子枪的场强示意图；

图6为本发明实施例提供的一种不同直流高压条件下的群聚阿秒电子束的纵向相空间和流强分布示意图；

图7为本发明实施例提供的一种特定直流高压条件下的单个阿秒电子脉冲输出的纵向相空间和流强分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

在现有技术中，由于光脉冲的超短周期长度，在获取阿秒电子脉冲方面，光场调制被广泛研究应用，而光场调制的关键是如何使得电子束在周期性的电磁场中实现能量的调制。现有技术中，主要分为两种方法，第一种方法通过在电子束的传输线中引入一层对激光束是透明的薄膜，基于薄膜折射率和薄膜干涉，入射和出射电磁波产生了相移动，因此通过激光聚焦形成焦点后，电子束在周期性电磁场中获得能量交换；第二种方法利用两个不同频率的光场在电子束传播方向上形成有质动力，使行波的传播速度与电子速度同步，从而在电子静止帧上产生光学驻波，电子束因此获得能量交换。但上述两种方法获得的是阿秒电子脉冲串。获得单个阿秒电子脉冲则需对上述两种方法进行改进。

基于上述第一种方法，采用单周期调制的激光脉冲与电子束相互作用，从而产生单个阿秒电子脉冲；基于上述第二种方法，引入不同频率的第三个激光脉冲，在电子束中形成横向动量调制。使脉冲串中微束团在横向空间中分离，从而可以通过一个空间上的“挡板”筛选出单个阿秒电子脉冲，但是上述方法只是针对非相对论(低能量)电子束进行调制得到阿秒电子脉冲的。

对于群聚相对论(高能量)电子束，现有的激光调制方法对光脉冲功率提出了极高的要求，现有激光器性能难以满足要求，可操作性差。而对于非相对论(低能量)电子束，现有的激光调制方法较为复杂，且实践难度极高，不易获得阿秒电子脉冲。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法，参考图1，图1为本发明实施例提供的一种阿秒电子脉冲输出装置和输出方法的示意图。所述输出装置包括：

相互作用模块300，所述相互作用模块300包括：光阴极和电场发生装置，所述电场发生装置用于产生加速电场；

激光器001，用于输出水平偏振红外激光脉冲；

分光模块010，用于基于所述水平偏振红外激光脉冲形成第一激光脉冲和第二激光脉冲；

第一光学模块200，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发所述光阴极形成电子束；

第二光学模块100，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述径向偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块300内，形成轴向光电场；

其中，所述电子束基于所述加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后经过所述相互作用模块300输出。

在所述输出装置中，如图1所示，所述激光器001出射输出水平偏振红外激光脉冲。所述分光模块010位于所述激光器001朝向所述水平偏振红外激光脉冲传输方向一侧，所述分光模块010将所述水平偏振红外激光脉冲分为第一激光脉冲和第二激光脉冲。所述第一光学模块200位于所述分光模块010朝向所述第一激光脉冲传输方向一侧，所述第一光学模块200将所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发所述光阴极形成所述电子束；所述第二光学模块100位于所述分光模块010朝向所述第二激光脉冲传输方向一侧，所述第二光学模块100将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述径向偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块300内，形成轴向光电场；所述相互作用模块300位于所述第二光学模块100朝向所述径向偏振激光脉冲传播方向的一侧；其中，所述电子束基于所述加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后经过所述相互作用模块300输出。

上述输出装置可以获得间隔可调的阿秒电子脉冲串或单个阿秒电子脉冲，即可以对群聚相对论(高能量)电子束和非相对论(低能量)电子束的调制，同时可以降低产生阿秒电子脉冲的难度，提高了可操作性。

如图1所示，所述第一光学模块200包括：三倍频单元210，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光。同时，所述第一光学模块200还包括：整形单元230，用于将缩小所述紫外激光的横向尺寸。可选的，所述整形单元230包括：电动光阑。

在所述输出装置中，所述第二光学模块100包括：涡旋波片140，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲。聚焦单元110，用于将所述径向偏振激光脉冲进行聚焦，所述焦点区域位于所述相互作用模块300。可选的，所述聚焦单元110包括：离轴抛物面镜，所述离轴抛物面镜将所述径向偏振激光脉冲进行聚焦。同时，所述离轴抛物面镜具有位于所述离轴抛物面中心的通孔，所述通孔用于传播所述相互作用模块300出射的阿秒电子脉冲。

其中，所述涡旋波片140仅商用涡旋波片140可以满足阿秒电子脉冲输出的要求，进而降低了产生阿秒电子脉冲的难度，提高了可操作性。

另外，所述第二光学模块100还包括：光调节单元130，用于调节所述第二激光脉冲，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。可选的，所述光调节单元130包括：多个反射镜和/或光延迟线，所述多个反射镜和/或光延迟线组合调节光程差，进而保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

需要说明的是，图1中所示220、240、120均为反光镜，用于调节激光脉冲的传播方向。

在本发明实施例中，所述相互作用模块300包括：光阴极和电场发生装置，所述电场发生装置用于产生加速电场。可选的，所述光阴极为无氧铜。另外，可选的，所述电场发生装置包括：电子枪腔体。可选的，所述加速电场包括：微波电场或直流高压电场。

所述紫外激光通过所述无氧铜产生所述电子束。其中，所述径向偏振激光脉冲聚焦形成焦点区域，所述焦点区域与所述光阴极的距离不超过250μm，所述焦点区域与所述光阴极接近，所述光阴极作为边界，打破了周期性轴向电场的对称性，进而电子束中电子可以被加速或减速，即在所述电子束内部形成周期性的能量调制。电子束经过一段距离后，能量调制转变为密度调制，形成超短脉冲电子束微束团串。同时，在所述微波电场或直流高压电场的作用下，超短脉冲电子束微束团串被迅速加速到百千甚至几兆电子伏。当超短脉冲电子束微束团串进入所述焦点区域时，其平均能量不高，且内部存在由微波电场或直流高压电场引起的明显速度差异，即头部的微束团比尾部的微束团速度快。因此可以通过控制微波电场的幅度和相位来控制速度差，或通过调节直流高压来控制速度差，进而可以实现微束团之间的脉冲间隔的连续调谐。进一步的，脉冲间隔可以设置为激光波长的10倍左右。

另外，设置所述电子束的脉冲长度小于发生能量调制的位置的微脉冲间距的两倍时，即可产生单个阿秒电子脉冲。

在本发明另一实施例中，所述径向偏振激光脉冲经所述无氧铜进行反射后聚焦，保证所述径向偏振激光脉冲与所述电子束同向运动，同样的，聚焦形成的焦点区域与所述无氧铜的距离不超过250μm。在本实施例中，可以提高电子束与所述轴向光电场调制的速率，即提高阿秒电子脉冲的输出效率。

基于上述任何一种阿秒电子脉冲输出装置，本发明还提供了一种阿秒电子脉冲输出方法。参考图1，所述输出方法包括：

通过激光器001出射水平偏振红外激光脉冲；

通过分光模块010将所述水平偏振红外激光脉冲分为第一激光脉冲和第二激光脉冲；

形成紫外激光以及径向偏振激光脉冲，包括：通过第一光学模块200将所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发相互作用模块300中的光阴极形成电子束；通过第二光学模块100将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块内，形成轴向光电场；

所述电子束基于相互作用模块300中加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后，经过所述相互作用模块300输出。

所述电子束基于相互作用模块300中加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后，经过所述相互作用模块300输出。所述加速电场由所述相互作用模块300中的电场发生装置形成。

其中，所述第一光学模块200包括：三倍频单元210和整形单元230。因此，通过第一光学模块200将所述第一激光脉冲形成紫外激光的方法包括：通过所述三倍频单元210将所述第一激光脉冲形成所述紫外激光。通过所述整形单元230缩小所述紫外激光的横向尺寸。

另外，所述第二光学模块100包括：涡旋波片140和聚焦单元110；通过第二光学模块100将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块300内的方法包括：通过所述涡旋波片140将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲；通过所述聚焦单元110将所述径向偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块300内。如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种水平偏振激光脉冲和径向偏振激光脉冲的示意图，其中，左图为水平偏振激光脉冲，右图为径向偏振激光脉冲。

所述第二光学模块100还包括：光调节单元130；所述第二激光脉冲通过所述光调节单元130调节，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

需要说明的是，所述输出方法中相关单元和模块与上述输出装置中相关单元和模块一致。

在本发明实施例中，波长为λ且波数k＝2π/λ的径向偏振激光脉冲光电场表达式为：

其中

是脉冲包络，E₀是场幅度，r是径向位置，z是纵向位置，

是场相位，φ₀是径向偏振激光脉冲的纵向场分量，

是Gouy相移，

是瑞利长度，

和w₀分别是光束半径和束腰半径，L是激光焦点距离光阴极表面的距离，ω是角频率。

是一个与脉冲持续时间τ相关的参数，c是真空中的光速。

为径向偏振激光脉冲的径向场分量，

为径向偏振激光脉冲的纵向场分量，

为径向偏振激光脉冲的角向磁场分量。

另外，所述阿秒电子脉冲输出功率为：

其中η₀＝120πΩ是真空阻抗，

是归一化矢量势，e和m₀分别是电子电荷量和静止质量。

而对于微波场，大部分微波枪使用的是TM₀₁₁模式，故其非零场分量为：

其中E₀₁是场幅度，k₀₁是0阶贝塞尔函数的第1个根，ω₁是微波场角频率，k_z＝π/l是纵向波数，l是腔长，φ₀₁是微波场的初始相位，J₀表示0阶贝塞尔函数，J₁表示1阶贝塞尔函数，

是微波场的纵向场分量，

是微波场的径向场分量，

是微波场的角向场分量。

在上述实施例中，径向偏振激光脉冲参数设置如下：λ＝0.8μm，φ₀＝0，τ＝1ps，w₀＝10μm，L＝70μm。微波枪选择为1.6-cell,S-band(2856MHz)π模驻波腔。初始电子束纵向和横向都是均匀分布。电子束的初始半径为5μm，初始发射度为1.275×10^-3mm·mrad。

参考图3，图3为本发明实施例提供的一种不同微波场振幅和相位条件下的群聚阿秒电子束的纵向相空间和流强分布示意图。其中，图中横轴T为束团长度与径向偏振激光波长的比值。图3中的图a，图b，图c是基于a₀＝0.0018，E₀₁＝60MV/m，φ₀₁＝280°条件下的示意图，其中，微束团的间距与径向偏振激光脉冲波长的比值为6.14。图3中的图d，图e，图f是基于a₀＝0.0015，E₀₁＝40MV/m，φ₀₁＝280°条件下的示意图，其中，微束团的间距与径向偏振激光脉冲波长的比值为7.12。图3中的图g，图h，图i是基于a₀＝0.0018，E₀₁＝40MV/m，φ₀₁＝300°条件下的示意图，其中，微束团的间距与径向偏振激光脉冲波长的比值为9.75。

需要说明的是，图3中图a、图d和图g为电子束与轴向光电场相互作用开始时电子束的纵向相空间示意图，图3中图b、图e和图h为电子束经密度调制后的纵向相空间示意图，图3中图c、图f和图i为群聚电子束后的流强分布示意图；在图示中，束流头部在右侧，束流尾部在左侧。

基于图3，证明可以通过调节所述微波电场的幅度和相位来控制头部微束团和尾部微束团之间的速度差，进而实现微束团之间的脉冲间隔的连续调谐。

参考图4，图4为本发明实施例提供的一种特定微波场振幅和相位条件下的单个阿秒电子脉冲的纵向相空间和流强分布示意图。其中，图4中图a为a₀＝0.0018，E₀₁＝60MV/m，φ₀₁＝280°，且电子束脉冲宽度为50fs条件下的纵向相空间，图b为相同条件下流强分布示意图。由图可知，半高全宽为150as。

基于图4，证明可以设置所述电子束的脉冲长度小于发生能量调制的位置的微脉冲间距的两倍时，即可产生单个阿秒电子脉冲。

另外，本发明还可以基于所述相互作用模块300形成直流高压电场产生单个阿秒电子脉冲或实现微束团之间的脉冲间隔的连续调谐。直流高压电场可以通过直流高压电子枪生成。参考图5，图5为本发明实施例提供的一种直流高压电子枪的场强示意图，其中高压为120kv，阴极与阳极之间的间距为6.4cm。由图5可知，随着距离的增大，直流高压电场强度先增大后减小并趋于场强0。

参考图6，图6为本发明实施例提供的一种不同直流高压条件下的群聚阿秒电子束的纵向相空间和流强分布示意图。图6中的图a，图b，图c是基于a₀＝0.00045，高压80kV条件下的示意图，其中，微束团的时间间距为145.9fs。图6中的图d，图e，图f是基于a₀＝0.00055，高压120kV条件下的示意图，其中，微束团的时间间距为122.5fs。图6中的图g，图h，图i是基于a₀＝0.00066，高压160kV条件下的示意图，其中，微束团的时间间距为103.7fs。

需要说明的是，图6中图a、图d和图g为电子束与轴向光电场相互作用开始时电子束的纵向相空间示意图，图6中图b、图e和图h为电子束经密度调制后的纵向相空间示意图，图6中图c、图f和图i为群聚电子束后的流强分布示意图；在图示中，束流头部在右侧，束流尾部在左侧。

基于图6，证明可以通过调节所述直流高压来控制头部微束团和尾部微束团之间的速度差，进而实现微束团之间的脉冲间隔的连续调谐。

参考图7，图7为本发明实施例提供的一种特定直流高压条件下的单个阿秒电子脉冲输出的纵向相空间和流强分布示意图。其中，图7中图a为a₀＝0.00055，高压120kV，且电子束脉冲宽度为200fs条件下的纵向相空间，图b为相同条件下流强分布示意图。由图可知，半高全宽为1.2fs。

基于图7，证明可以设置所述电子束的脉冲长度小于发生能量调制的位置的微脉冲间距的两倍时，即可产生单个阿秒电子脉冲。

本发明技术方案提供的阿秒电子脉冲输出装置和输出方法，通过设置分光模块、第一光学模块、第二光学模块以及相互作用模块，将激光器出射的水平偏振红外激光脉冲形成电子束和径向偏振激光脉冲，同时将径向偏振激光脉冲聚焦于相互作用模块内，并形成轴向光电场，所述电子束基于轴向光电场和相互作用模块内的加速电场调制形成阿秒电子脉冲，并通过加速电场加速后输出。上述阿秒电子脉冲光输出装置和输出方法，实现阿秒电子束之间的间隔连续可调谐，同时降低了产生阿秒电子脉冲的难度，提高了可操作性。

本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种阿秒电子脉冲输出装置，其特征在于，包括：

相互作用模块，所述相互作用模块包括：光阴极和电场发生装置，所述电场发生装置用于产生加速电场；

激光器，用于输出水平偏振红外激光脉冲；

分光模块，用于基于所述水平偏振红外激光脉冲形成第一激光脉冲和第二激光脉冲；

第一光学模块，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发所述光阴极形成电子束；

第二光学模块，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述径向偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块内，形成轴向光电场；所述径向偏振激光脉冲聚焦形成焦点区域，所述焦点区域与所述光阴极的距离不超过250μm；

其中，所述电子束基于所述加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后经过所述相互作用模块输出。

2.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述第一光学模块包括：三倍频单元，用于基于所述第一激光脉冲形成紫外激光。

3.根据权利要求2所述的输出装置，其特征在于，所述第一光学模块还包括：整形单元，用于将缩小所述紫外激光的横向尺寸。

4.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述第二光学模块包括：

涡旋波片，用于基于所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲；

聚焦单元，用于将所述径向偏振激光脉冲进行聚焦。

5.根据权利要求4所述的输出装置，其特征在于，所述第二光学模块还包括：光调节单元，用于调节所述第二激光脉冲，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

6.一种基于如权利要求1-5任一项所述阿秒电子脉冲输出装置的阿秒电子脉冲输出方法，其特征在于，包括：

通过激光器出射水平偏振红外激光脉冲；

通过分光模块将所述水平偏振红外激光脉冲分为第一激光脉冲和第二激光脉冲；

形成紫外激光以及径向偏振激光脉冲，包括：通过第一光学模块将所述第一激光脉冲形成紫外激光，所述紫外激光用于激发相互作用模块中的光阴极形成电子束；通过第二光学模块将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲用于聚焦在所述相互作用模块内，形成轴向光电场；

所述电子束基于相互作用模块中加速电场加速与所述轴向光电场调制形成阿秒电子脉冲后，经过所述相互作用模块输出。

7.根据权利要求6所述的输出方法，其特征在于，所述第一光学模块包括：三倍频单元和整形单元；

通过第一光学模块将所述第一激光脉冲形成紫外激光的方法包括：

通过所述三倍频单元将所述第一激光脉冲形成所述紫外激光；

通过所述整形单元缩小所述紫外激光的横向尺寸。

8.根据权利要求6所述的输出方法，其特征在于，所述第二光学模块包括：涡旋波片和聚焦单元；

通过第二光学模块将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲，所述偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块内的方法包括：

通过所述涡旋波片将所述第二激光脉冲形成径向偏振激光脉冲；

通过所述聚焦单元将所述径向偏振激光脉冲聚焦在所述相互作用模块内。

9.根据权利要求8所述的输出方法，其特征在于，所述第二光学模块还包括：光调节单元；

所述第二激光脉冲通过所述光调节单元调节，保证所述第二激光脉冲和所述第一激光脉冲同步。

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