GaAs光電陰極是一種負(fù)電子親和勢光電陰極，具有量子效率高、發(fā)射電子能量和角度分布集中的優(yōu)點(diǎn)。

因而在微光像增強(qiáng)器、半導(dǎo)體敏感器件、自旋極化電子源等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]，但GaAs光電陰極的制備過程卻極為復(fù)雜，對制備工藝和條件都有嚴(yán)格要求。目前GaAs光電陰極的制備都主要依賴熟練操作人員進(jìn)行手工操作，這種操作方式不盡浪費(fèi)大量人力物力，而且制備質(zhì)量和效率得不到保證。而在制備過程中普遍采用的在線光譜響應(yīng)測試儀[2]，只能用于陰極制備后的光譜響應(yīng)曲線測試，評估陰極的制備質(zhì)量，它對陰極制備過程中的許多其它信息量，如真空度、銫源和氧源電流等，都沒有實(shí)時采集功能，更沒有對銫（氧）源電流的計(jì)算機(jī)控制和制備過程的自動化，從而大大的制約了我國GaAs光電陰極制備工藝的理論研究、制備質(zhì)量和效率的提高。本文利用CAN總線可靠性高、成本低、配置靈活和傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)[3～5]，設(shè)計(jì)了一套基于CAN總線的GaAs光電陰極制備測控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)上述信息的實(shí)時測試和銫（氧）源電流的自動控制。

　　1　測控系統(tǒng)組成

　　根據(jù)GaAs光電陰極制備工藝的要求，我們設(shè)計(jì)了如圖1所示的GaAs光電陰極制備測控系統(tǒng)原理框圖。該測控系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：超高真空激活系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和外圍測控設(shè)備，其中超高真空激活系統(tǒng)是用于GaAs光電陰極制備（加熱凈化和銫氧激活）的，制備過程中的多種信息量可通過外圍測控設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連。測控設(shè)備共分兩部分，一部分完成光電流、光譜響應(yīng)曲線的測試，另一部分完成真空度的測試以及銫（氧）源電流信號的測試和控制。

　　第一部分相當(dāng)于一個光譜響應(yīng)測試儀，光譜響應(yīng)曲線測試時，先由計(jì)算機(jī)控制光柵單色儀輸出一定波長的單色光并照射到陰極面，陰極產(chǎn)生微弱的光電流，光電流放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)將該信號和對應(yīng)的單色光輻射功率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就得到陰極的光譜響應(yīng)曲線[2]。這一部分中沒有用到CAN總線，本文中將不作介紹，重點(diǎn)介紹的是第二部分。在第二部分中，真空度、銫（氧）源電流信號是通過CAN總線實(shí)現(xiàn)測控的，測控信號通過USB-CAN轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)相連。這部分的設(shè)計(jì)，結(jié)合了CAN與USB總線的優(yōu)點(diǎn)，從而能實(shí)現(xiàn)更靈活的通信任務(wù)和更強(qiáng)大的信號測控功能。

圖1 GaAs光電陰極制備測控系統(tǒng)原理框圖

　　2　測控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 USB-CAN轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)

　　USB-CAN轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)USB與CAN兩種總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，如圖2所示為其結(jié)構(gòu)框圖。圖中微控制器89C52負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換器的監(jiān)控任務(wù)以及CAN與USB總線的通信任務(wù)。CAN控制器接口電路采用SJA1000和82C250，USB控制器接口電路采用USB通用設(shè)備接口芯片CH372。在微控制器中，USB與CAN總線報(bào)文的接收均采用中斷方式，這種方式能盡量減少時延，提高系統(tǒng)實(shí)時通信能力。

　　2.2 多信息量測控設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

　　原有系統(tǒng)的真空計(jì)和模擬電源等設(shè)備都是獨(dú)立工作的，不具有和計(jì)算機(jī)通信的能力。為了實(shí)現(xiàn)真空度和銫（氧）源電流信息的測控，同時也為了節(jié)省成本，本文采用的方案是在原有設(shè)備上增加一個多信息量測控模塊，使之具有數(shù)字化測控和通信功能。多信息量測控模塊的任務(wù)是將設(shè)備顯示的信號取出并傳輸給計(jì)算機(jī)或?qū)⒂?jì)算機(jī)發(fā)來的控制命令傳輸給設(shè)備，所以實(shí)際上測控模塊電路由兩部分構(gòu)成，一部分完成真空度、銫（氧）源電流信息的測試，另一部分實(shí)現(xiàn)銫（氧）源電流大小和通斷的控制。

　　在真空度、銫（氧）源電流信息的測試方面，為了保持采集數(shù)據(jù)與設(shè)備顯示數(shù)據(jù)的一致性，采用的方法是將設(shè)備數(shù)碼管上顯示的信息直接取出。真空計(jì)和模擬電源的顯示均由3位數(shù)碼管構(gòu)成，所以兩者可以采用相同的測試電路。如圖3所示為多信息量測試模塊結(jié)構(gòu)框圖，圖中真空計(jì)或電源的3位數(shù)碼管分別與一片雙四選一的電子開關(guān)CD4052相連，微控制器從鎖存器輸出地址選通信號，控制CD4052依次輸出數(shù)碼管8段顯示信息中的2段，連接到比較器L

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