CN109916507B - 基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置及方法，所述测量装置包括：真空件，离子传输系统，离子位置探测器，光学传输系统，图像采集系统，数据处理系统。本发明可以通过改变气体种类，在线式测量真空紫外光的横向分布。通过选取不同的气体种类可以保证测量信号保持在最佳范围，同时因为离子探测器的灵敏度很高，而且不受外界电磁信号和机械振动的影响，可以获得非常高的测量精度。

Description

基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置及方法。
背景技术
在真空紫外能区(本发明中指50-150nm范围)，由于空气对光的吸收强烈，真空紫外能区的实验必须在真空条件下完成。为了获得真空紫外光尺寸与位置数据，通常采用闪烁晶体(一般为Ce:YAG)直接观察荧光或者金属刀片切割测量光电效应电流的方法。
闪烁晶体是一种对入射光有荧光响应的一种晶体，在不同波长下的荧光效率有很大的差异，这种特点导致可测量波长的动态范围较小，并且在效率低的波长处会导致尺寸测量结果偏小，另外此种方法是拦截式的测量方法，不能实时在线测量参数，而对于一个光源来讲，实时位置参数是一个非常重要的参数。
根据光电效应，当金属被高能量光子撞击时，会飞出自由电子，金属刀片切割测量方法就是用的这个原理。金属刀片切割测量光电效应电流方法虽然能够保证测量波长动态范围大，但是为了保证光束能够尽量多的传输到后面，金属刀片需要尽可能少的切割光束，导致光电效应电流非常微弱，而微弱电流(一般在皮安量级)的测量难度较大，外界电磁环境，机械振动等不稳定环境环境对测量值有很大干扰，所以精度难以保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置及方法。
本发明的技术方案是：基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置，包括：
真空件，所述真空件内具有真空腔11，所述真空腔11的壁上设有法兰接口，通过法兰接口安装有真空发生器13、真空测量组件12和充气装置14；三者组合可以用来精确控制测量装置内气体压强；
离子传输系统，所述离子传输系统将待测光电离出的离子竖直传递至离子位置探测器处；
离子位置探测器，所述离子位置探测器将离子位置转换为图像采集系统可采集的信号，所述离子位置探测器与离子传输方向保持垂直；
光学传输系统，所述光学传输系统可以屏蔽外界杂散光可能引入的杂信号对测量结果的影响；
图像采集系统，所述图像采集系统用于采集和处理信号；
数据处理系统，所述数据处理系统用来拟合采集到的信号，确定离子信号的横向分布，进而推导出待测光的横向分布。
优选的，所述真空发生器13为分子泵。
优选的，所述真空测量组件12为真空规。
优选的，所述充气装置14为微漏阀或微量气体流量计。
优选的，所述离子传输系统包括平行电极板，所述平行电极板由正电压极板21和负电压极板22组成；所述正电压极板21为简单的金属板，所述负电压极板22为中间区域有一定透过率的栅网结构，既可以保证电场均匀，又可以保证正离子可以以一定比例飞出电离区域，所述正电压极板21和负电压极板22通过真空引线装置将导线引出真空腔11外与电源23连接。
优选的，所述离子位置探测器由两片微通道板31和一片磷光屏32组成。
优选的，所述光学传输系统为内壁黑色的遮光筒41。
优选的，所述图像采集系统包括CCD51和计算机52，所述计算机52内设有图像采集卡。
所述测量方法为：
将真空紫外光入射到测量装置中，所述测量装置中充入微量气体，气体种类由待测波长决定；在离子传输系统上加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离气体获得的正离子拉出电离区域，朝离子位置探测器飞行并撞到离子位置探测器下表面，离子位置探测器会在荧光屏上显示出该离子的对应位置，用图像采集系统在上表面观察可以看到离子撞击位置，通过调节图像采集系统曝光时间可以获得清晰的横向分布信息。
本发明具有以下有益的效果：
本发明可以通过改变气体种类，在线式测量真空紫外光的横向分布。通过选取不同的气体种类可以保证测量信号保持在最佳范围，同时因为离子探测器的灵敏度很高，而且不受外界电磁信号和机械振动的影响，可以获得非常高的测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置结构示意图；
图中：11、真空腔；12、真空测量组件；13、真空发生器；14、充气装置；21、正电压极板；22、负电压极板；23、电源；31、微通道板；32、磷光屏；41、遮光筒；51、CCD；52、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量装置，包括：
真空件，真空件内具有真空腔11，真空腔11的壁上设有法兰接口，通过法兰接口安装有真空发生器13、真空测量组件12和充气装置14；三者组合可以用来精确控制测量装置内气体压强；
离子传输系统，离子传输系统将待测光电离出的离子竖直传递至离子位置探测器处；
离子位置探测器，离子位置探测器将离子位置转换为图像采集系统可采集的信号，离子位置探测器与离子传输方向保持垂直；
光学传输系统，光学传输系统可以屏蔽外界杂散光可能引入的杂信号对测量结果的影响；
图像采集系统，图像采集系统用于采集和处理信号；
数据处理系统，数据处理系统用来拟合采集到的信号，确定离子信号的横向分布，进而推导出待测光的横向分布。
其中：真空发生器13为分子泵，真空测量组件12为真空规，充气装置14为微漏阀或微量气体流量计。离子传输系统包括平行电极板，平行电极板由正电压极板21和负电压极板22组成；正电压极板21为简单的金属板，负电压极板22为中间区域有一定透过率的栅网结构，既可以保证电场均匀，又可以保证正离子可以以一定比例飞出电离区域，正电压极板21和负电压极板22通过真空引线装置将导线引出真空腔11外与电源23连接。离子位置探测器由两片微通道板31和一片磷光屏32组成。光学传输系统为内壁黑色的遮光筒41。图像采集系统包括CCD51和计算机52，计算机52内设有图像采集卡。
测量方法为：
将真空紫外光入射到测量装置中，测量装置中充入微量气体，气体种类由待测波长决定；在离子传输系统上加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离气体获得的正离子拉出电离区域，朝离子位置探测器飞行并撞到离子位置探测器下表面，离子位置探测器会在荧光屏上显示出该离子的对应位置，用图像采集系统在上表面观察可以看到离子撞击位置，通过调节图像采集系统曝光时间可以获得清晰的横向分布信息。
具体操作过程如下：
1、加工测量装置真空件；真空腔11、真空测量组件12、真空发生器13、充气装置14四部分结合可以获得任意想要的均匀分布的气体密度，可以通过改变14内不同的气体，获得不同气体的环境。
2、安装离子传输系统；安装正电压极板21和负电压极板22，正电压极板21为简单的金属板，通过真空引线装置将导线引出真空腔体外与电源23连接；负电压极板22为中间区域有一定透过率的栅网结构，既可以保证电场均匀，又可以保证正离子可以以一定比例飞出电离区域。
3、安装离子位置探测器；安装两片微通道板31和一片磷光屏32。
4、安装光学传输系统；光学传输系统为内壁黑色的遮光筒41；
5、安装图像采集系统；CCD 51安装于真空件11之外磷光屏32一侧，并用遮光筒41将其封闭，以保证无杂散光影响，CCD 51用数据线与计算机52相连，用于采集和处理信号。
6、启动数据处理系统，调节两极板电压、气体压强和CCD曝光时间，以获得清晰的具有一定分布的图像信息，通过数学处理，获得真空紫外光的横向分布信息。
本发明中CCD采集到的图像简单处理即可获得真空紫外光水平方向尺寸和位置信息。可调节气体种类、两极板间电压和CCD曝光时间获得不同波长和不同强度的光的横向分布信息。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述测量方法基于测量装置实现，所述测量装置包括：
真空件，所述真空件内具有真空腔(11)，所述真空腔(11)的壁上设有法兰接口，通过法兰接口安装有真空发生器(13)、真空测量组件(12)和充气装置(14)；
离子传输系统，所述离子传输系统将待测光电离出的离子竖直传递至离子位置探测器处；
离子位置探测器，所述离子位置探测器将离子位置转换为图像采集系统可采集的信号，所述离子位置探测器与离子传输方向保持垂直；
光学传输系统，所述光学传输系统可以屏蔽外界杂散光可能引入的杂信号对测量结果的影响；
图像采集系统，所述图像采集系统用于采集和处理信号；
数据处理系统，所述数据处理系统用来拟合采集到的信号，确定离子信号的横向分布，进而推导出待测光的横向分布；
所述测量方法为：
将真空紫外光入射到测量装置中，所述测量装置中充入微量气体，气体种类由待测波长决定；在离子传输系统上加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离气体获得的正离子拉出电离区域，朝离子位置探测器飞行并撞到离子位置探测器下表面，离子位置探测器会在荧光屏上显示出该离子的对应位置，用图像采集系统在上表面观察可以看到离子撞击位置，通过调节图像采集系统曝光时间可以获得清晰的横向分布信息。
2.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述真空发生器(13)为分子泵。
3.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述真空测量组件(12)为真空规。
4.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述充气装置(14)为微漏阀或微量气体流量计。
5.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述离子传输系统包括平行电极板，所述平行电极板由正电压极板(21)和负电压极板(22)组成；所述正电压极板(21)为简单的金属板，所述负电压极板(22)为中间区域有一定透过率的栅网结构，所述正电压极板(21)和负电压极板(22)通过真空引线装置将导线引出真空腔(11)外与电源(23)连接。
6.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述离子位置探测器由两片微通道板(31)和一片磷光屏(32)组成。
7.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述光学传输系统为内壁黑色的遮光筒(41)。
8.根据权利要求1所述的基于离子成像的真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述图像采集系统包括CCD(51)和计算机(52)，所述计算机(52)内设有图像采集卡。
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