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大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

蔡志鹏 杨文正 唐伟东 侯洵

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大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

蔡志鹏, 杨文正, 唐伟东, 侯洵

Theoretical analysis of response characteristics for the large exponential-doping transmission-mode GaAs photocathodes

Cai Zhi-Peng, Yang Wen-Zheng, Tang Wei-Dong, Hou Xun
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  • 讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度~0.9 m时, 其响应时间达到~ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.
    A new-type GaAs photocathode with ultrafast time response, that is, the large exponential-doping transmission-mode GaAs photocathode, is discussed in detail. The response characteristics, including quantum yield, time and spatial resolution, are numerically simulated. The analysis results show that the transit response time of the photo-excited electrons for the GaAs photocathode is extremely shortened, because the built-in electric field in GaAs layer formed by the large exponential-doping mode is benefitcial to the photoelectron transport process of GaAs photocathodes. The response time can reach about 10 ps when the thickness of GaAs dgorption layer is around, which shows that the novel NEA cathode has a better feature of temporal response than that of traditional GaAs photocathode. In addition, the quantum yield will reach ~10%-20% in the whole special response range, and the spatial resolution is improved obviously. The analysis results indicate that with high quantum efficiency guaranteed, the large exponential-doping NEA cathode overcomes the limitation of time response of traditional GaAs NEA cathode and improves the spatial resolution, which indicates that the new NEA cathode is expected to meet the demands of high-speed device and photoelectron device, and promote the further development and applications of NEA cathodes.
    • 基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号: KGCX2-YW-399+10)和中国科学院西部之光计划资助的课题.
    • Funds: Project supported by Knowledge Innovation Project of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. KGCX2-YW-399+10), and the West Light Foundation of the Chinese Academy of Sciences.
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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-28
  • 修回日期:  2012-03-06
  • 刊出日期:  2012-09-05

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

  • 1. 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119;
  • 2. 中国科学院超快诊断技术重点实验室, 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
    基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号: KGCX2-YW-399+10)和中国科学院西部之光计划资助的课题.

摘要: 讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度~0.9 m时, 其响应时间达到~ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.

English Abstract

参考文献 (13)

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