一種提高電子速度成像分辨率的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高電子速度成像分辨率的裝置，所述裝置包括真空圓筒狀腔體以及依次放置于真空圓筒狀腔體內(nèi)的排斥極、提取極、第一接地極、第二接地極、微通道板、熒光板和CCD相機(jī)，所述第二接地極和微通道板之間還設(shè)置有補(bǔ)償極，所述第二接地極和補(bǔ)償極構(gòu)成補(bǔ)償飛行區(qū)域，使不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行。實(shí)施本發(fā)明使得不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行，解決了空間上電子束聚焦時(shí)焦平面與探測器不在同一豎直平面的問題，從而提高了速度成像裝置的分辨率。
【專利說明】一種提高電子速度成像分辨率的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分子反應(yīng)動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種提高電子速度成像分辨率的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的幾十年里，電子成像技術(shù)在激光與分子的光解離反應(yīng)的認(rèn)知過程中扮演著重要的角色，激光與分子相互作用中最重要的問題是解離的產(chǎn)物能量分布、角度分布和速度分布以及反應(yīng)通道的關(guān)閉與開啟等信息問題，電子速度成像方法由于既可以同時(shí)測得激光與分子相互作用過程中這些相關(guān)聯(lián)的量，實(shí)驗(yàn)過程相對簡單，又能非常直觀地展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故而極大地推動了速度成像技術(shù)在分子反應(yīng)動力學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用，成為研究分子光解動力學(xué)的主要技術(shù)手段。
[0003]此技術(shù)由Chandler和Houston3G兩人于1987年首先提出，隨后由EPPink和Parker進(jìn)行改進(jìn)，用3個(gè)中間開孔的極板構(gòu)成離子透鏡，這種方法是在類似飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的裝置中引入類似于光學(xué)透鏡的離子透鏡技術(shù)，將空間中處于不同位置，但具有相同速度的離子聚焦到探測器的同一個(gè)點(diǎn)上，從而具有相同大小的速度的離子也就聚焦到探測器的同一個(gè)圓環(huán)上，再用對位置非常敏感的微通道板作為探測器，在其后連接熒光板和CXD相機(jī)即可成像，然后通過得到的圖像再進(jìn)一步數(shù)學(xué)解析就得到了離子在反應(yīng)中的能量分布，角度分布以及速度分布等一系列的信息。
[0004]然而，對于3個(gè)中心開孔的極板組成的速度成像裝置其分辨率并不高，一個(gè)非常主要的原因就是由于電子束在匯聚的時(shí)候不同能量的電子焦點(diǎn)并不在一個(gè)平面內(nèi)，從而形成的焦平面存在一個(gè)很大的傾斜度，致使速度成像裝置的分辨率難以再提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種提高電子速度成像分辨率的裝置，裝置在傳統(tǒng)的離子速度成像技術(shù)基礎(chǔ)上采用了在電子束的飛行區(qū)加入一個(gè)補(bǔ)償電場，使不同能量的電子原本形成的具有很大傾斜度的焦平面能夠很好的在一個(gè)與探測器平行的豎直平面上匯聚，從而使探測器上得到的圖像更加的清晰，進(jìn)而提高了電子速度成像裝置的分辨率。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種提高電子速度成像分辨率的裝置，所述裝置包括真空圓筒狀腔體以及依次放置于真空圓筒狀腔體內(nèi)的排斥極、提取極、第一接地極、第二接地極、微通道板、熒光板和CCD相機(jī)，所述第二接地極和微通道板之間還設(shè)置有補(bǔ)償極，所述第二接地極和補(bǔ)償極構(gòu)成補(bǔ)償飛行區(qū)域，用于使原本初始速度小的電子提前聚焦，從而使不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行。
[0007]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述補(bǔ)償極采用柵網(wǎng)，所述補(bǔ)償極包含兩個(gè)沿真空圓筒狀腔體的水平中心軸線對稱分布的曲面柵網(wǎng)，所述曲面柵網(wǎng)包含平面柵網(wǎng)和與平面柵網(wǎng)一側(cè)相連接的圓弧狀柵網(wǎng)，所述圓弧狀柵網(wǎng)縱向剖面為四分之一圓弧，所述平面柵網(wǎng)另一側(cè)與真空圓筒狀腔體內(nèi)壁相連接。
[0008]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述排斥極、提取極、第一接地極、第二接地極、補(bǔ)償極、微通道板、熒光板和CXD相機(jī)的幾何中心在一條水平軸線上。
[0009]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述補(bǔ)償極的柵網(wǎng)厚度為
0.0lmm-lmm,所述圓弧狀柵網(wǎng)其縱向剖面對應(yīng)的四分之一圓弧半徑為14mm-38mm,所述平面柵網(wǎng)縱向剖面對應(yīng)的直線段長度為lmm-20mm。
[0010]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述真空圓筒狀腔體長64mm-178mm、直徑30mm-80mm ;激光與分子束的作用區(qū)域在距排斥極lmm-19mm處,作用區(qū)域距微通道板的有效長度為58mm-168mm。
[0011]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述第一接地極和第二接地極均為厚度為0.0lmm-lmm、直徑為30mm-80mm的圓形平面柵網(wǎng)。
[0012]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述排斥極距真空圓筒狀腔體左側(cè)內(nèi)壁的距離為lmm-5mm，提取極距排斥極的距離為5mm-20mm，第一接地極距提取極的距離為10mm-30mm，第二接地極距第一接地極的距離為25mm-50mm ;補(bǔ)償極最遠(yuǎn)處距第二接地極的距離為16mm-48mm，最近處距第二接地極的距離為2mm-10mm ;微通道板距補(bǔ)償極的距離為5mm-15mm。
[0013]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述排斥極、提取極外徑為30mm-80mm,厚度為的不銹鋼圓板,所述排斥極圓板正中心開有直徑為Imm-16mm的圓孔，所述提取極的正中心開有直徑為5mm-60_的圓孔。
[0014]在本發(fā)明所述的提高電子速度成像分辨率的裝置中，所述第一接地極、第二接地極電壓為零；排斥極、提取極、補(bǔ)償極根據(jù)相互之間的間隔距離和電子能量的大小加載不同的電壓。
[0015]因此，本發(fā)明可以獲得以下的有益效果:激光在排斥極與提取極間與氣體分子束相互作用，產(chǎn)生的電子被排斥極和提取極形成的電場快速的加速并展開不同能量的電子，經(jīng)過第一接地極和第二接地極間的無場飛行區(qū)域后，進(jìn)入由第二接地極和補(bǔ)償極組成的補(bǔ)償飛行區(qū)域，補(bǔ)償電場的加入使得原本初始速度小的電子可以提前聚焦，從而使得不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行；同時(shí)，補(bǔ)償極選用如本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)，第一接地極與第二接地極間形成的無場飛行區(qū)域能夠很好的消除電子在真空管中飛行時(shí)所受到的不規(guī)則電場的影響，同時(shí)第二接地極與補(bǔ)償極組成的補(bǔ)償飛行區(qū)域能夠產(chǎn)生一個(gè)微弱的弧形電勢場，位于弧形場中電場線較稠密處的電子會提前匯聚，從而有效的解決了空間上電子束聚焦時(shí)焦平面與探測器不在同一豎直平面的問題，極大地提高了速度成像裝置的分辨率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本發(fā)明提高電子速度成像分辨率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6mm時(shí)輸入的電子能量分布圖；[0019]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6mm時(shí)輸出的電子能量分布圖；
[0020]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6mm時(shí)的成像分辨率曲線與現(xiàn)有裝置在同等條件下的成像分辨率曲線的對比圖；
[0021]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光與分子束作用區(qū)域大小為1.2mm時(shí)的成像分辨率曲線與現(xiàn)有裝置在同等條件下的成像分辨率曲線的對比圖；
[0022]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子束區(qū)域長度分別為1.0mm、l.8mm、3.0mm時(shí)能量分
辨率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]圖1是本發(fā)明提高電子速度成像分辨率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提高電子速度成像分辨率的裝置包括真空圓筒狀腔體I以及依次放置于真空腔體I內(nèi)部的排斥極2、提取極3、第一接地極4、第二接地極5、補(bǔ)償極6、微通道板7、熒光板8和CXD相機(jī)9。其中，第二接地極5和補(bǔ)償極6構(gòu)成補(bǔ)償飛行區(qū)域，用于使原本初始速度小的電子提前聚焦，從而使不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行。
[0025]本發(fā)明的提高電子速度成像分辨率的裝置中，補(bǔ)償極6采用柵網(wǎng)，補(bǔ)償極6包含兩個(gè)一體成型的沿真空圓筒狀腔體I的水平中心軸線對稱分布的曲面柵網(wǎng)，所述曲面柵網(wǎng)包含平面柵網(wǎng)和與平面柵網(wǎng)一側(cè)相連接的圓弧狀柵網(wǎng)，所述圓弧狀柵網(wǎng)縱向剖面為四分之一圓弧，所述平面柵網(wǎng)另一側(cè)與真空圓筒狀腔體I內(nèi)壁相連接。排斥極2、提取極3、第一接地極4、第二接地極5、補(bǔ)償極6、微通道板7、熒光板8和CXD相機(jī)9的幾何中心在一條水平軸線上。
[0026]補(bǔ)償極6的柵網(wǎng)厚度為0.0lmm-lmm,圓弧狀柵網(wǎng)其縱向剖面對應(yīng)的四分之一圓弧半徑為14mm-38mm,平面柵網(wǎng)縱向剖面對應(yīng)的直線段長度為lmm-20mm。真空圓筒狀腔體I長64mm-178mm、直徑30mm-80mm ;激光與分子束的作用區(qū)域在距排斥極2距離為l_19mm處，作用區(qū)域距微通道板7的有效長度為58mm-168mm。
[0027]第一接地極4和第二接地極5均為厚度為0.0lmm-lmm、直徑為30mm-80mm的圓形平面柵網(wǎng)。排斥極2距真空圓筒狀腔體I左側(cè)內(nèi)壁的距離為lmm-5mm，提取極3距排斥極2的距離為5mm-20mm,第一接地極4距提取極3的距離為10mm-30mm,第二接地極5距第一接地極4的距離為25mm-50mm ;補(bǔ)償極6最遠(yuǎn)處距第二接地極5的距離為16mm-48mm,最近處距第二接地極5的距離為2mm-10mm ;微通道板7距補(bǔ)償極6的距離為5mm-15mm。排斥極
2、提取極3為外徑為30mm-80mm,厚度為的不銹鋼圓板,排斥極2圓板正中心開有直徑為lmm-16mm的圓孔,提取極3的正中心開有直徑為5mm-60mm的圓孔。第一接地極4、第二接地極5電壓為零；排斥極2、提取極3、補(bǔ)償極6根據(jù)相互之間的距離和電子能量的大小加載不同的電壓。
[0028]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。[0029]在本實(shí)施例的提高電子速度成像分辨率的裝置中，排斥極2、提取極3、第一接地極4、第二接地極5、補(bǔ)償極6、微通道板7、熒光板8和CXD相機(jī)9的幾何中心在一條水平軸線上。其中，真空圓筒狀腔體I長129_(不含微通道板7和熒光板8所占用的腔體部分)、直徑為80mm。
[0030]排斥極2是外徑為80mm，中心開孔直徑為2mm，厚度為Imm的不銹鋼圓板；提取極3是外徑為80mm,中心開孔直徑為30mm,厚度為Imm的不銹鋼圓板；第一接地極4和第二接地極5均為厚度為0.01mm、直徑為80mm的圓形平面柵網(wǎng)；補(bǔ)償極6包含兩個(gè)沿真空圓筒狀腔體的水平中心軸線對稱分布的曲面柵網(wǎng)，曲面柵網(wǎng)包含平面柵網(wǎng)和與平面柵網(wǎng)一側(cè)相連接的圓弧狀柵網(wǎng)，圓弧狀柵網(wǎng)縱向剖面為四分之一圓弧，平面柵網(wǎng)另一側(cè)與真空圓筒狀腔體I內(nèi)壁相連接。補(bǔ)償極6的柵網(wǎng)厚度為0.01mm，其圓弧狀柵網(wǎng)縱向剖面對應(yīng)的四分之一圓弧半徑為32mm，平面柵網(wǎng)縱向剖面對應(yīng)的直線段長度為8mm。
[0031]排斥極2距離真空圓筒狀腔體I為5mm，提取極3距排斥極2為14mm，第一接地極4距提取極3為18mm，第二接地極5距第一接地極4為45mm ;補(bǔ)償極6最遠(yuǎn)處與第二接地極5的距離為36mm，最近處距第二接地極5的距離為4mm ;微通道板距離7距離補(bǔ)償極6的距離為10_。
[0032]激光與分子束氣體的作用區(qū)域在距排斥極2距離為7mm處，作用區(qū)域距微通道板7的有效長度為117_。第一接地極4、第二接地極5電壓為0V，提取極3、排斥極2、補(bǔ)償極6電壓分別為-2500V、-1790V、-190V (提取極3與排斥極2電壓之比、補(bǔ)償極6與排斥極2電壓之比分別按71.6%、7.6%的比例進(jìn)行設(shè)置)。
[0033]以質(zhì)量、帶電量分別為9.1 X 10_31kg，1.6X10-19C的大量單個(gè)電子作為電子源，其初始速度方向垂直于飛行管的軸；以能量分布從IOev到IOOev每間隔5ev,然后對大量的電子進(jìn)行聚焦“統(tǒng)計(jì)”。
[0034]圖2是本發(fā)明上述實(shí)施例激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6_時(shí)電子輸入的能量分布圖，圖3是本發(fā)明上述實(shí)施例的激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6mm時(shí)輸出的電子能量分布圖；由圖中可以看出輸入的不同能量的電子在經(jīng)過該裝置后最終的輸出在誤差范圍內(nèi)能保持很好的一致性。
[0035]圖4是本發(fā)明上述實(shí)施例激光與分子束作用區(qū)域大小為0.6_時(shí)的成像分辨率曲線圖(實(shí)線部分)跟現(xiàn)有裝置(包含真空圓筒狀腔體、排斥極、提取極、接地極、熒光板、CCD相機(jī)，其中排斥極、提取極、接地極都是由三個(gè)中心開孔的電極板組成)在同等條件下的成像分辨率曲線(虛線部分)的比較圖。由圖4中的曲線可以看到對于傳統(tǒng)的電子速度成像分辨率裝置得到的分辨率并非最優(yōu)，由于分辨率差其得到的圖像也會很模糊，并不能很好的分辨一定范圍內(nèi)每個(gè)能量下的電子，而采用該裝置聚焦的電子其能量分辨率都能在0.6%的高分辨率以下，無論對于哪一個(gè)能量范圍內(nèi)的電子都能很好的實(shí)現(xiàn)聚焦，得到一個(gè)分辨率高的圖像，由此證明本發(fā)明的裝置可有效提高電子速度成像的分辨率。
[0036]圖5是本發(fā)明上述實(shí)施例中激光與分子束作用區(qū)域大小為1.2_時(shí)的成像分辨率曲線圖(實(shí)線部分)跟現(xiàn)有裝置(包含真空圓筒狀腔體、排斥極、提取極、接地極、微通道板、熒光板、CCD相機(jī)，其中排斥極、提取極、接地極都是由三個(gè)中心開孔的電極板組成)在同等條件下的成像分辨率曲線(虛線部分)的比較圖，由圖中曲線我們可以看到在作用區(qū)域?yàn)?br> 1.2mm時(shí)現(xiàn)有裝置的分辨率在4%以下，而在采用該裝置其分辨率卻能很好的保持在0.7%以下，由曲線再次直觀的展現(xiàn)了其優(yōu)越的分辨能力。
[0037]圖6是本發(fā)明上述實(shí)施例中激光與分子束作用區(qū)域大小分別為L0mm、L8mm、
3.0mm時(shí)電子的能量分辨率曲線圖。由圖6可以看出，采用該裝置聚焦的電子其能量分辨率無論激光和分子束的作用區(qū)域或大或小都能保持在一個(gè)很高的分辨率水平上，即使是作用區(qū)域?yàn)?.0mm時(shí)其最差分辨率也在1.3%比傳統(tǒng)裝置作用區(qū)域?yàn)?.6mm時(shí)的2.25%還要低的多。
[0038]以上結(jié)果表明，采用該電子速度成像裝置對電子束聚焦，能夠非常好地分辨其范圍內(nèi)每個(gè)電子的能量，其分辨性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有裝置。
[0039]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高電子速度成像分辨率的裝置，所述裝置包括真空圓筒狀腔體(I)以及依次放置于真空圓筒狀腔體(I)內(nèi)的排斥極(2)、提取極(3)、第一接地極(4)、第二接地極(5)、微通道板(7 )、熒光板(8 )和C⑶相機(jī)(9 )，其特征在于，所述第二接地極(5 )和微通道板(7 )之間還設(shè)置有補(bǔ)償極(6)，所述第二接地極(5)和補(bǔ)償極(6)構(gòu)成補(bǔ)償飛行區(qū)域，從而使不同能量的電子組成的焦平面由傾斜變?yōu)榕c探測器面板豎直平行。
2.如權(quán)利要求1所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償極(6)采用柵網(wǎng)，所述補(bǔ)償極(6)包含兩個(gè)沿真空圓筒狀腔體(I)的水平中心軸線對稱分布的曲面柵網(wǎng)，所述曲面柵網(wǎng)包含平面柵網(wǎng)和與平面柵網(wǎng)一側(cè)相連接的圓弧狀柵網(wǎng)，所述圓弧狀柵網(wǎng)縱向剖面為四分之一圓弧，所述平面柵網(wǎng)另一側(cè)與真空圓筒狀腔體(I)內(nèi)壁相連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述排斥極(2)、提取極(3)、第一接地極(4)、第二接地極(5)、補(bǔ)償極(6)、微通道板(7)、熒光板(8)和C⑶相機(jī)(9)的幾何中心在一條水平軸線上。
4.如權(quán)利要求3所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償極(6)的柵網(wǎng)厚度為0.0lmm-lmm，所述圓弧狀柵網(wǎng)其縱向剖面對應(yīng)的四分之一圓弧半徑為14mm-38mm,所述平面柵網(wǎng)縱向剖面對應(yīng)的直線段長度為lmm-20mm。
5.如權(quán)利要求4所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述真空圓筒狀腔體(I)長64mm-178mm、直徑30mm-80mm ;激光與分子束的作用區(qū)域在距排斥極(2)lmm-19mm處,作用區(qū)域距微通道板(7)的有效長度為58mm-168mm。
6.如權(quán)利要求5所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述第一接地極(4)和第二接地極(5)均為厚度為0.0lmm-lmm、直徑為30mm-80mm的圓形平面柵網(wǎng)。
7.如權(quán)利要求6所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述排斥極(2)距真空圓筒狀腔體(I)左側(cè)內(nèi)壁的距離為lmm-5mm，提取極(3)距排斥極(2)的距離為5mm-20mm,第一接地極(4)距提取極(3)的距離為10mm-30mm,第二接地極(5)距第一接地極(4)的距離為25mm-50mm ;補(bǔ)償極(6)最遠(yuǎn)處距第二接地極(5)的距離為16mm-48mm,最近處距第二接地極(5)的距離為2mm-10_ ;微通道板(7)距補(bǔ)償極(6)的距離為5mm-15mm。
8.如權(quán)利要求7所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述排斥極(2)、提取極(3)為外徑為30mm-80mm,厚度為的不銹鋼圓板,所述排斥極(2)圓板正中心開有直徑為lmm-16mm的圓孔,所述提取極(3)的正中心開有直徑為5mm-60mm的圓孔。
9.如權(quán)利要求8所述的提高電子速度成像分辨率的裝置，其特征在于，所述第一接地極(4)、第二接地極(5)電壓為零；排斥極(2)、提取極(3)、補(bǔ)償極(6)根據(jù)相互之間的間隔距離和電子能量的大小加載不同的電壓。
【文檔編號】H01J49/06GK103762149SQ201310750532
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】陸培祥, 馮正鵬, 蘭鵬飛, 張慶斌, 張鵬 申請人:華中科技大學(xué)