人類對自然界的探索最終歸結爲對原子、分子微觀領域的研究。原子、分子的探測手段主要有電子探針、離子探針和光子探針等，其大部分實驗方法的基本思想是：用一束初級粒子(如電子、離子、光子等)與目標原子(或分子)相互作用，測量從其中散射或發射的某種二次粒子(如電子、離子、光子等)的幾個參數，如粒子的能量和(或)動量分佈、粒子空間角度分佈及自旋等，從中推出目標原子(或分子)所在系統的有關信息。二次粒子爲電子的探測方法一般稱爲電子能譜，是各種探測方法中比較靈敏的一類方法。而以光子作爲初級粒子的電子能譜稱爲光電子能譜，它是電子能譜中極其重要的一個分支。因此，以散射或發射電子爲目標信息分析載體的電子動量譜學、光電子能譜學以及激光光譜學等，其研究都將涉及對電子等帶電粒子能量/動量信息的探測診斷。

　　圖1 飛行時間電子能譜儀示意圖

　　飛行時間是電子光學中一個非常重要的物理概念，在電子光學分析器中，常利用系統中帶電粒子的物理參數對其飛行時間的色散依賴性進行粒子甄別。飛行時間能譜儀自工程上實現應用以來，在諸多領域獲得了廣泛的應用，整體性能的提高優化工作也一直在繼續。目前，飛行時間電子能譜儀是探測光電子能譜的首選工具，在激光光電子譜學等領域發揮着不可替代的作用，其主要性能參數有能量分辨率、能量探測量程和粒子俘獲角(或收集效率)。隨着強場高次諧波過程產生極紫外線/X射線孤立阿秒脈衝技術的成熟，業界普遍預言阿秒科學將導致新的科技革命。但縱觀阿秒科學的國際研究現狀，無論是阿秒脈衝測量還是時間分辨診斷應用研究，飛行時間電子能譜儀都是其中不可或缺的光電子能譜探測診斷工具，被譽爲該領域的“指紋工具”。阿秒光脈衝相比皮秒、飛秒光脈衝具有更寬的光譜特性，這使阿秒光電子譜學對相關飛行時間電子能譜探測技術提出了更高的要求：更高能量分辨率，更寬探測量程，更大粒子俘獲角。

　　圖2 磁瓶型飛行時間電子能譜儀設計實例

　　《電子飛行時間及關聯應用》以電子的時空調控技術爲主線，內容包括飛行時間電子能譜探測技術、條紋相機及條紋技術、阿秒脈衝產生及測量等。

　　第1章通過引入能量分辨特徵參數詳細論述飛行時間電子能譜探測技術的能量分辨率基本理論，同時據此給出該技術單項或整體性能指標優化提升的基本思路。

　　第2章介紹均勻磁場聚焦型飛行時間電子能譜探測技術，包括單向式飛行時間電子能譜儀、雙向式折射型飛行時間電子能譜儀和雙向式探針型飛行時間電子能譜儀，論述其工作原理和結構參數設置等技術細節，同時給出設計實例。

　　第3章介紹磁瓶型飛行時間電子能譜探測技術，重點論述作爲該技術核心的絕熱非均勻磁場精密拼接。

　　作爲對飛行時間概念的應用延伸，第4章介紹條紋相機及條紋技術，論述的思路爲：簡單回顧從變像管條紋相機到原子條紋相機直至阿秒光脈衝測量技術的變遷過程中，條紋相機測量技術在提高測量時間分辨率方面所涵蓋的物理機制的創新，從互相關測量技術的角度將三者統一起來，從而更加直觀地說明阿秒光脈衝測量技術的工作原理。同時，這樣的論述思路也將更加體現出科學發展自身存在的連續性，科學研究發展的脈絡及其後面隱藏的更重要的研究方法問題，從而消除讀者在理解阿秒光脈衝測量原理時可能出現的突兀感。

　　圖3 隧穿電離高次諧波產生三步模型

　　第5章爲阿秒脈衝的產生及測量，從電子時空調製角度介紹原子場致電離、高次諧波的產生及阿秒條紋相機等內容。

　　圖4 阿秒條紋相機技術原理圖

　　第6章介紹兩類基於電子飛行時間調製的電子脈衝整形技術，分別是準線性對稱型電子脈衝整形技術和電子脈衝時域壓縮靜電棱鏡整形技術。同時對電子脈衝Boersch展寬效應的分析方法進行闡述。

　　本文摘編自王超著《電子飛行時間及關聯應用》一書，內容有刪節。標題爲編者所加。

　　《電子飛行時間及關聯應用》

　　王超 著

　　北京:科學出版社,2019.3

　　ISBN978-7-03-060007-3

　　責任編輯: 楊丹