雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置的製造方法
2023-05-29 18:35:16
雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置的製造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種離子透鏡裝置，具體涉及一種雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，本實用新型屬於光電子/離子成像儀設計領域。
【背景技術】
[0002]目前通行的離子速度成像儀是荷蘭科學家Eppink和Parker在1997年設計，他們通過設計三塊帶圓孔的極板，在一定的電壓配置下，形成離子透鏡，實現對具有相同速度但是不同位置的帶電粒子進行聚焦，然後被探測器收集。如圖1所示，在離子透鏡作用下，不同位置的帶電粒子聚焦在MCP&PS(Micro channel Plane&Phosphor Screen)探測器的一個點上，這大大提高了離子速度成像的解析度。離子透鏡是離子速度成像儀的最核心部位。
[0003]根據電荷守恆定則，離子的產生總是伴隨電子的產生，即在雷射與物質作用後，電子和離子是同時產生的。電子和離子一樣，它們的產生都攜帶了大量的光電離和光解離的動力學信息，為研究光與物質作用提供重要的實驗。然而，在目前通行的離子速度成像裝置上，無法同時測得電子和離子的影像。在測量離子影像時候在以上極板上加一組正電壓，當要測量電子影像時候就將以上極板上的正電壓切換為負電壓。這樣不能同時得到離子和電子的信息，而且操作起來非常不便。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種雙極光電子光離子成像儀，以解決現有技術難以同時實現對光與物質作用產生的電子和離子進行成像的技術問題。
[0005]為了實現上述目標，本實用新型採用如下的技術方案:
[0006]雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，包括:雷射作用區、第一類極板區、第二類極板區、電子端自由飛行管、離子端自由飛行管，第一類極板區、第二類極板區並排設置，雷射作用區位於第一類極板區的一側和第二類極板區的一側之間；電子端自由飛行管一側與第一類極板區的另一側相接，電子端自由飛行管另一側設置有電子端MCP&PS成像探測器;離子端自由飛行管一側與第二類極板區的另一側相接，離子端自由飛行管另一側設置有離子端MCP&PS成像探測器。
[0007]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，第一類極板區包括依次間隔並排設置的正電極Pl、正電極P2、正電極P3。
[0008]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，第二類極板區包括依次間隔並排設置負電極見、負電極N2、負電極N3、負電極N4。
[0009]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，雷射作用區位於正電極Pi和負電極Ni之間。
[0010]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，電子端自由飛行管一側與正電極P3連接，離子端自由飛行管一側與負電極N4連接。
[0011]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，正電極?工電壓為100V，正電極P2電壓為430V，正電極P3電壓為645V，負電極N1電壓為-15V，負電極N2電壓為-235V，負電極N3電壓為-755V，負電極N4電壓為-1255V。
[0012]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，電子端MCP&PS成像探測器中第一±夬此?電壓為645V;離子端MCP&PS成像探測器中第一 ±夬1?^電壓為-1255V。
[0013]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，正電極?工、正電極P2、正電極P3、負電極N1、負電極N2、負電極N3、負電極N4依次間隔並排設置，且均為開空圓盤，相互間圓柱對稱。
[0014]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，各個器件的尺寸如下:
[0015]正電極Pi內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0016]正電極P2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0017]正電極P3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為3mm;
[0018]電子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為140mm;
[0019]負電極Ni內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0020]負電極N2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0021 ] 負電極N3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm；
[0022]負電極N4內徑為35.4mm，外徑為70mm，厚度為3mm;
[0023]離子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為260mm;
[0024]正電極P3與正電極P2間距為25.2mm;
[0025]正電極P2與正電極Pi間距為20.2mm;
[0026]正電極Pi與負電極Ni間距為16.2mm;
[0027]負電極Ni與負電極N2間距為20.2mm;
[0028]負電極N2與負電極N3間距為25.2mm;
[0029]負電極N3與負電極N4間距為30.2mm;
[0030]前述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，所述的各個器件尺寸允許根據不同加工需要按照同比例放大或縮小3倍以內。
[0031]本實用新型的有益之處在於:本實用新型設計了一種雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，基於該裝置可以設計雙極光電子光離子成像儀，可以同時實現對光與物質作用產生的電子和離子進行成像，操作非常方便。
【附圖說明】
[0032]圖1是單極離子速度成像儀極板設計、電場分布以及離子飛行聚焦效果圖；
[0033]圖2是本實用新型雙極成像儀的離子透鏡設計圖；
[0034]圖3是本實用新型離子和電子在新設計透鏡下的飛行聚焦成像效果圖；
[0035]圖4是本實用新型新設計透鏡下的電勢曲線分布圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。
[0037]參照圖2所示，本實用新型為了能同時測量離子影像和電子影像，我們設計了一種雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡，基於該離子透鏡，建造一套雙極光電子光離子成像儀，可以實現同時測量光與物質作用後產生的電子和離子影像。使得測量光與物質作用產生的光電子和光離子簡單快速，而且更為全面。
[0038]通過一個巧妙的改進，設計了雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，包括:雷射作用區、第一類極板區、第二類極板區、電子端自由飛行管、離子端自由飛行管，第一類極板區、第二類極板區並排設置，雷射作用區位於第一類極板區的一側和第二類極板區的一側之間；電子端自由飛行管一側與第一類極板區的另一側相接，電子端自由飛行管另一側設置有電子端MCP&PS成像探測器;離子端自由飛行管一側與第二類極板區的另一側相接，離子端自由飛行管另一側設置有離子端MCP&PS成像探測器。
[0039]進一步的，第一類極板區至少包括依次間隔並排設置的正電極P1、正電極?2、正電極P3。
[0040]進一步的，第二類極板區至少包括依次間隔並排設置負電極犯、負電極N2、負電極N3、負電極N4。作為一個優選實施示例，本實施例給出了基於七塊極板的離子透鏡，在該離子透鏡作用下可以對離子和電子分別在兩級成像。離子透鏡設計如圖2所示，七塊極板分別對應三塊正電極Pl，P2和P3，四塊負電極Nl，N2，N3和N4。雷射作用區正好位於第一負電極Ni和第一正電極P1*間位置。電子段自由飛行管與第三正電極P3相連接，離子段自由飛行管與第四負電極N4相連接。電子段和離子段的末端都各自裝有MCP&PS成像探測器，分別對飛行過來的電子和離子進行成像。
[0041]如圖3所示，在該離子透鏡作用下，雷射與物質作用產生的電子和離子分別飛向不同的兩端，並且聚焦在探測器上，可以同時實現對光與物質作用產生的電子和離子進行成像。
[0042]以上七塊極板都是開空圓盤，都是圓柱對稱的。如圖2所示，經過大量精密的實驗優化，得到了這七塊極板的優化電壓。本領域技術人員在採用下述優化數據時，可以獲得最優的技術效果。器件優化數據:正電極P1:100V;P2:430V;P3:645V;負電極N1:-15V;N2:-235V;N3:-755V;N4:-1255V。電子段探測器的第一 ±夬此？電壓為645V，離子段探測器的第一 ±夬1?^電壓為-1255V。在新設計的離子透鏡下，在以上優化後的電壓設計下，電勢曲線分布如圖4所示。在這樣的電壓設置下，離子和電子分別會在兩個相反方向成像。
[0043]為了實現本實施例的效果，參照圖2標記，經過大量精密的實驗優化，得到了下述器件的各個最優尺寸選擇，採用下述最優尺寸時，能夠得到本實用新型的最佳效果，此時電勢曲線分布如圖4所示。各個極板的設置細節說明如下:
[0044]正電極Pi內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0045]正電極P2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0046]正電極P3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為3mm;
[0047]電子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為140mm;
[0048]負電極Ni內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0049]負電極N2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0050]負電極N3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm;
[0051 ] 負電極N4內徑為35.4mm，外徑為70mm，厚度為3mm;
[0052]離子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為260mm;
[0053]正電極P3與正電極P2間距為25.2mm;
[0054]正電極P2與正電極Pi間距為20.2mm;
[0055]正電極Pi與負電極Ni間距為16.2mm;
[0056]負電極Ni與負電極N2間距為20.2mm;
[0057]負電極N2與負電極N3間距為25.2mm;
[0058]負電極N3與負電極N4間距為30.2mm;
[0059]以上尺寸可以根據不同加工需要按照同比例放大或縮小3倍以內，不影響離子和電子的聚焦效果。
[0060]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護範圍內。
【主權項】
1.雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，包括:雷射作用區、第一類極板區、第二類極板區、電子端自由飛行管、離子端自由飛行管，第一類極板區、第二類極板區並排設置，雷射作用區位於第一類極板區的一側和第二類極板區的一側之間；電子端自由飛行管一側與第一類極板區的另一側相接，電子端自由飛行管另一側設置有電子端MCP&PS成像探測器;離子端自由飛行管一側與第二類極板區的另一側相接，離子端自由飛行管另一側設置有離子端MCP&PS成像探測器。2.根據權利要求1所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，第一類極板區包括依次間隔並排設置的正電極P1、正電極P2、正電極P3。3.根據權利要求2所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，第二類極板區包括依次間隔並排設置負電極N1、負電極N2、負電極N3、負電極N4。4.根據權利要求3所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，雷射作用區位於正電極P1和負電極見之間。5.根據權利要求4所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，電子端自由飛行管一側與正電極P3連接，離子端自由飛行管一側與負電極N4連接。6.根據權利要求1至5任一項所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，正電極Pi電壓為100V，正電極P2電壓為430V，正電極P3電壓為645V，負電極N1電壓為-15V，負電極N2電壓為-235V，負電極N3電壓為-755V，負電極N4電壓為-1255V。7.根據權利要求6所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，電子端MCP&PS成像探測器中第一 ±夬此?電壓為645V;離子端MCP&PS成像探測器中第一塊MCP電壓為-1255V。8.根據權利要求7所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，正電極P1、正電極P2、正電極P3、負電極N1、負電極N2、負電極N3、負電極N4依次間隔並排設置，且均為開空圓盤，相互間圓柱對稱。9.根據權利要求7或8所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，各個器件的尺寸如下: 正電極Pi內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm; 正電極P2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm; 正電極P3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為3mm ； 電子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為140mm; 負電極Ni內徑為20.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm; 負電極N2內徑為25.4mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm; 負電極N3內徑為30.2mm，外徑為70mm，厚度為0.8mm; 負電極N4內徑為35.4mm，外徑為70mm，厚度為3mm; 離子段飛行管內徑為41.2mm，外徑為47mm，長度為260mm; 正電極P3與正電極P2間距為25.2mm ； 正電極P2與正電極Pi間距為20.2mm; 正電極Pi與負電極Ni間距為16.2mm; 負電極Ni與負電極N2間距為20.2mm ； 負電極N2與負電極N3間距為25.2mm ； 負電極N3與負電極N4間距為30.2mm。10.根據權利要求9所述的雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，所述的各個器件尺寸允許根據不同加工需要按照同比例放大或縮小3倍以內。
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，其特徵在於，包括：雷射作用區、第一類極板區、第二類極板區、電子端自由飛行管、離子端自由飛行管，第一類極板區、第二類極板區並排設置，雷射作用區位於第一類極板區的一側和第二類極板區的一側之間；電子端自由飛行管一側與第一類極板區的另一側相接，電子端自由飛行管另一側設置有電子端MCPPS成像探測器；離子端自由飛行管一側與第二類極板區的另一側相接，離子端自由飛行管另一側設置有離子端MCPPS成像探測器。本實用新型設計了一種雙極光電子光離子成像儀的離子透鏡裝置，可以同時實現對光與物質作用產生的電子和離子進行成像，操作非常方便。
【IPC分類】H01J49/06, H01J49/34
【公開號】CN205385007
【申請號】CN201620116982
【發明人】劉玉柱, 敖曠, 曹兆樓, 蘇靜, 陳云云, 鄭改革
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月5日