CN109916510B - 基于飞行时间谱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

本发明公开了一种基于飞行时间谱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，离子飞行时间探测器，高速采集系统，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

基于飞行时间谱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飞行时间谱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分布数据，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。
闪烁晶体在不同波长下的荧光效率有很大的差异，导致可测量波长没有大的动态范围，并且在效率低的波长处会导致分布测量结果偏小，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。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，但是微弱电流(一般在皮安量级)的测量难度较大，外界环境对测量值有很大干扰，所以精度难以保证，此外该方法只能测量到光斑的边界信息，不能得出整个光斑的分布信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于飞行时间谱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：基于飞行时间谱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飞行时间探测器处；
离子飞行时间探测器，所述离子飞行时间探测器将离子飞行时间转换为高速采集系统可采集的信号，所述离子飞行时间探测器与离子传输方向保持垂直；
高速采集系统，所述高速采集系统用于采集信号；
数据处理系统，所述数据处理系统用来推导离子产生空间位置、拟合采集到的信号，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，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，所述离子飞行时间探测器为微通道板31。
优选的，所述高速采集系统为高速信号采集卡。
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；在离子传输系统中加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离的气体正离子拉出电离区域，朝离子飞行时间探测器飞行并撞到离子飞行时间探测器下表面，离子飞行时间探测器输出端会输出相应电流，用高速采集卡采集输出端的电流，根据离子的质量、加速电压和离子飞行时间，可以推导出该离子产生时在空间中的位置，根据不同时间产生的离子数，可以推导出对应空间被电离粒子数目，即此位置的激光强度；通过对激光强度分布进行拟合处理，可以推导出激光中心位置，用来实时监测横向的位置。
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飞行时间谱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；4、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。
基于飞行时间谱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飞行时间探测器处；
离子飞行时间探测器，离子飞行时间探测器将离子飞行时间转换为高速采集系统可采集的信号，离子飞行时间探测器与离子传输方向保持垂直；
高速采集系统，高速采集系统用于采集信号；
数据处理系统，数据处理系统用来推导离子产生空间位置、拟合采集到的信号，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，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。离子飞行时间探测器为微通道板31。高速采集系统为高速信号采集卡。高速采集系统和数据处理系统集成到计算机4内部。
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；在离子传输系统中加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离的气体正离子拉出电离区域，朝离子飞行时间探测器飞行并撞到离子飞行时间探测器下表面，离子飞行时间探测器输出端会输出相应电流，用高速采集卡采集输出端的电流，根据离子的质量、加速电压和离子飞行时间，可以推导出该离子产生时在空间中的位置，根据不同时间产生的离子数，可以推导出对应空间被电离粒子数目，即此位置的激光强度；通过对激光强度分布进行拟合处理，可以推导出激光中心位置，用来实时监测横向的位置。
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相连，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、安装离子飞行时间探测器；安装一片微通道板31。
4、安装高速采集系统；将微通道板31的信号通过真空引线装置输入高速信号采集卡；
5、启动数据处理系统，调节两极板电压、气体压强和高速采集卡同步时间，以获得清晰的具有一定分布的离子飞行时间谱，通过数学处理，获得真空紫外光的横向分布信息。
本发明中高速信号采集卡采集到的离子飞行时间谱简单处理即可获得真空紫外光横向尺寸和位置信息。可调节气体种类、两极板间电压和高速采集卡同步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 (7)

1.基于飞行时间谱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飞行时间探测器处；
离子飞行时间探测器，所述离子飞行时间探测器将离子飞行时间转换为高速采集系统可采集的信号，所述离子飞行时间探测器与离子传输方向保持垂直；
高速采集系统，所述高速采集系统用于采集信号；
数据处理系统，所述数据处理系统用来推导离子产生空间位置、拟合采集到的信号，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；在离子传输系统中加一定的偏压，形成一匀强电场，匀强电场把真空紫外光电离的气体正离子拉出电离区域，朝离子飞行时间探测器飞行并撞到离子飞行时间探测器下表面，离子飞行时间探测器输出端会输出相应电流，用高速采集卡采集输出端的电流，根据离子的质量、加速电压和离子飞行时间，可以推导出该离子产生时在空间中的位置，根据不同时间产生的离子数，可以推导出对应空间被电离粒子数目，即此位置的激光强度；通过对激光强度分布进行拟合处理，可以推导出激光中心位置，用来实时监测横向的位置。
2.根据权利要求1所述的基于飞行时间谱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所述的基于飞行时间谱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所述的基于飞行时间谱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所述的基于飞行时间谱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所述的基于飞行时间谱真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述离子飞行时间探测器为微通道板(31)。
7.根据权利要求1所述的基于飞行时间谱真空紫外光横向分布在线测量方法，其特征在于，所述高速采集系统为高速信号采集卡。
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