CN105789021A - 双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置 - Google Patents

双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，包括：激光作用区、第一类极板区、第二类极板区、电子端自由飞行管、离子端自由飞行管，第一类极板区、第二类极板区并排设置，激光作用区位于第一类极板区的一侧和第二类极板区的一侧之间；电子端自由飞行管一侧与第一类极板区的另一侧相接，电子端自由飞行管另一侧设置有电子端MCP&PS成像探测器；离子端自由飞行管一侧与第二类极板区的另一侧相接，离子端自由飞行管另一侧设置有离子端MCP&PS成像探测器。本发明设计了一种双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，可以同时实现对光与物质作用产生的电子和离子进行成像，操作非常方便。

Description

双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置
技术领域
本发明涉及一种离子透镜装置，具体涉及一种双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，本发明属于光电子/离子成像仪设计领域。
背景技术
目前通行的离子速度成像仪是荷兰科学家Eppink和Parker在1997年设计，他们通过设计三块带圆孔的极板，在一定的电压配置下，形成离子透镜，实现对具有相同速度但是不同位置的带电粒子进行聚焦，然后被探测器收集。如图1所示，在离子透镜作用下，不同位置的带电粒子聚焦在MCP&PS(MicrochannelPlane&PhosphorScreen)探测器的一个点上，这大大提高了离子速度成像的分辨率。离子透镜是离子速度成像仪的最核心部位。
根据电荷守恒定则，离子的产生总是伴随电子的产生，即在激光与物质作用后，电子和离子是同时产生的。电子和离子一样，它们的产生都携带了大量的光电离和光解离的动力学信息，为研究光与物质作用提供重要的实验。然而，在目前通行的离子速度成像装置上，无法同时测得电子和离子的影像。在测量离子影像时候在以上极板上加一组正电压，当要测量电子影像时候就将以上极板上的正电压切换为负电压。这样不能同时得到离子和电子的信息，而且操作起来非常不便。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双极光电子光离子成像仪，以解决现有技术难以同时实现对光与物质作用产生的电子和离子进行成像的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，包括：激光作用区、第一类极板区、第二类极板区、电子端自由飞行管、离子端自由飞行管，第一类极板区、第二类极板区并排设置，激光作用区位于第一类极板区的一侧和第二类极板区的一侧之间；电子端自由飞行管一侧与第一类极板区的另一侧相接，电子端自由飞行管另一侧设置有电子端MCP&PS成像探测器；离子端自由飞行管一侧与第二类极板区的另一侧相接，离子端自由飞行管另一侧设置有离子端MCP&PS成像探测器。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，第一类极板区包括依次间隔并排设置的正电极P1、正电极P2、正电极P3。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，第二类极板区包括依次间隔并排设置负电极N1、负电极N2、负电极N3、负电极N4。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，激光作用区位于正电极P1和负电极N1之间。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，电子端自由飞行管一侧与正电极P3连接，离子端自由飞行管一侧与负电极N4连接。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，正电极P1电压为100V，正电极P2电压为430V，正电极P3电压为645V，负电极N1电压为-15V，负电极N2电压为-235V，负电极N3电压为-755V，负电极N4电压为-1255V。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，电子端MCP&PS成像探测器中第一块MCP电压为645V；离子端MCP&PS成像探测器中第一块MCP电压为-1255V。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，正电极P1、正电极P2、正电极P3、负电极N1、负电极N2、负电极N3、负电极N4依次间隔并排设置，且均为开空圆盘，相互间圆柱对称。
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，各个器件的尺寸如下：
正电极P1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为3mm；
电子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为140mm；
负电极N1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N4内径为35.4mm，外径为70mm，厚度为3mm；
离子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为260mm；
正电极P3与正电极P2间距为25.2mm；
正电极P2与正电极P1间距为20.2mm；
正电极P1与负电极N1间距为16.2mm；
负电极N1与负电极N2间距为20.2mm；
负电极N2与负电极N3间距为25.2mm；
负电极N3与负电极N4间距为30.2mm；
前述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，所述的各个器件尺寸允许根据不同加工需要按照同比例放大或缩小3倍以内。
本发明的有益之处在于：本发明设计了一种双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，基于该装置可以设计双极光电子光离子成像仪，可以同时实现对光与物质作用产生的电子和离子进行成像，操作非常方便。
附图说明
图1是单极离子速度成像仪极板设计、电场分布以及离子飞行聚焦效果图；
图2是本发明双极成像仪的离子透镜设计图；
图3是本发明离子和电子在新设计透镜下的飞行聚焦成像效果图；
图4是本发明新设计透镜下的电势曲线分布图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图2所示，本发明为了能同时测量离子影像和电子影像，我们设计了一种双极光电子光离子成像仪的离子透镜，基于该离子透镜，建造一套双极光电子光离子成像仪，可以实现同时测量光与物质作用后产生的电子和离子影像。使得测量光与物质作用产生的光电子和光离子简单快速，而且更为全面。
通过一个巧妙的改进，设计了双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，包括：激光作用区、第一类极板区、第二类极板区、电子端自由飞行管、离子端自由飞行管，第一类极板区、第二类极板区并排设置，激光作用区位于第一类极板区的一侧和第二类极板区的一侧之间；电子端自由飞行管一侧与第一类极板区的另一侧相接，电子端自由飞行管另一侧设置有电子端MCP&PS成像探测器；离子端自由飞行管一侧与第二类极板区的另一侧相接，离子端自由飞行管另一侧设置有离子端MCP&PS成像探测器。
进一步的，第一类极板区至少包括依次间隔并排设置的正电极P1、正电极P2、正电极P3。
进一步的，第二类极板区至少包括依次间隔并排设置负电极N1、负电极N2、负电极N3、负电极N4。作为一个优选实施示例，本实施例给出了基于七块极板的离子透镜，在该离子透镜作用下可以对离子和电子分别在两级成像。离子透镜设计如图2所示，七块极板分别对应三块正电极P1，P2和P3，四块负电极N1，N2，N3和N4。激光作用区正好位于第一负电极N1和第一正电极P1中间位置。电子段自由飞行管与第三正电极P3相连接，离子段自由飞行管与第四负电极N4相连接。电子段和离子段的末端都各自装有MCP&PS成像探测器，分别对飞行过来的电子和离子进行成像。
如图3所示，在该离子透镜作用下，激光与物质作用产生的电子和离子分别飞向不同的两端，并且聚焦在探测器上，可以同时实现对光与物质作用产生的电子和离子进行成像。
以上七块极板都是开空圆盘，都是圆柱对称的。如图2所示，经过大量精密的实验优化，得到了这七块极板的优化电压。本领域技术人员在采用下述优化数据时，可以获得最优的技术效果。器件优化数据：正电极P1：100V；P2：430V；P3：645V；负电极N1：-15V；N2：-235V；N3：-755V；N4：-1255V。电子段探测器的第一块MCP电压为645V，离子段探测器的第一块MCP电压为-1255V。在新设计的离子透镜下，在以上优化后的电压设计下，电势曲线分布如图4所示。在这样的电压设置下，离子和电子分别会在两个相反方向成像。
为了实现本实施例的效果，参照图2标记，经过大量精密的实验优化，得到了下述器件的各个最优尺寸选择，采用下述最优尺寸时，能够得到本发明的最佳效果，此时电势曲线分布如图4所示。各个极板的设置细节说明如下：
正电极P1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为3mm；
电子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为140mm；
负电极N1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N4内径为35.4mm，外径为70mm，厚度为3mm；
离子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为260mm；
正电极P3与正电极P2间距为25.2mm；
正电极P2与正电极P1间距为20.2mm；
正电极P1与负电极N1间距为16.2mm；
负电极N1与负电极N2间距为20.2mm；
负电极N2与负电极N3间距为25.2mm；
负电极N3与负电极N4间距为30.2mm；
以上尺寸可以根据不同加工需要按照同比例放大或缩小3倍以内，不影响离子和电子的聚焦效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，包括：激光作用区、第一类极板区、第二类极板区、电子端自由飞行管、离子端自由飞行管，第一类极板区、第二类极板区并排设置，激光作用区位于第一类极板区的一侧和第二类极板区的一侧之间；电子端自由飞行管一侧与第一类极板区的另一侧相接，电子端自由飞行管另一侧设置有电子端MCP&PS成像探测器；离子端自由飞行管一侧与第二类极板区的另一侧相接，离子端自由飞行管另一侧设置有离子端MCP&PS成像探测器。
2.根据权利要求1所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，第一类极板区包括依次间隔并排设置的正电极P1、正电极P2、正电极P3。
3.根据权利要求2所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，第二类极板区包括依次间隔并排设置负电极N1、负电极N2、负电极N3、负电极N4。
4.根据权利要求3所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，激光作用区位于正电极P1和负电极N1之间。
5.根据权利要求4所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，电子端自由飞行管一侧与正电极P3连接，离子端自由飞行管一侧与负电极N4连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，正电极P1电压为100V，正电极P2电压为430V，正电极P3电压为645V，负电极N1电压为-15V，负电极N2电压为-235V，负电极N3电压为-755V，负电极N4电压为-1255V。
7.根据权利要求6所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，电子端MCP&PS成像探测器中第一块MCP电压为645V；离子端MCP&PS成像探测器中第一块MCP电压为-1255V。
8.根据权利要求7所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，正电极P1、正电极P2、正电极P3、负电极N1、负电极N2、负电极N3、负电极N4依次间隔并排设置，且均为开空圆盘，相互间圆柱对称。
9.根据权利要求7或8所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，其特征在于，各个器件的尺寸如下：
正电极P1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
正电极P3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为3mm；
电子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为140mm；
负电极N1内径为20.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N2内径为25.4mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N3内径为30.2mm，外径为70mm，厚度为0.8mm；
负电极N4内径为35.4mm，外径为70mm，厚度为3mm；
离子段飞行管内径为41.2mm，外径为47mm，长度为260mm；
正电极P3与正电极P2间距为25.2mm；
正电极P2与正电极P1间距为20.2mm；
正电极P1与负电极N1间距为16.2mm；
负电极N1与负电极N2间距为20.2mm；
负电极N2与负电极N3间距为25.2mm；
负电极N3与负电极N4间距为30.2mm。
10.根据权利要求9所述的双极光电子光离子成像仪的离子透镜装置，所述的各个器件尺寸允许根据不同加工需要按照同比例放大或缩小3倍以内。
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