一種用于研究負(fù)離子體系的光電子成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體地說是一種用于研究負(fù)離子體系結(jié)構(gòu)及其激發(fā)態(tài)的光電子成像裝置，可以完成對(duì)負(fù)離子體系脫附能以及負(fù)離子激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)信息直觀的成像探測。
【背景技術(shù)】
[0002]微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目的旨在原子與分子水平上探究化學(xué)反應(yīng)是如何進(jìn)行的，光化學(xué)反應(yīng)作為微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要分支方向可以幫助人們更加詳細(xì)的理解基元的一些物理化學(xué)性質(zhì)，從而為實(shí)現(xiàn)真正在原子與分子水平上理解化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供重要的幫助。負(fù)離子體系作為一種自然界普遍存在的物質(zhì)形式，其廣泛參與著自然界中諸多的物理化學(xué)和相關(guān)的生命過程。以最為常見的貴金屬及其團(tuán)簇負(fù)離子為例，研究它們的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)于深入理解負(fù)離子催化反應(yīng)過程，探究金屬表面解吸附過程等均發(fā)揮著重要的作用。
[0003]隨著對(duì)于負(fù)離子體系的研究的逐漸深入，越來越多的高精度的實(shí)驗(yàn)方法被發(fā)展而來研究此類體系的相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)。在眾多的實(shí)驗(yàn)手段中，目前為止最為常見的研究手段主要包括如下幾種，分別是質(zhì)譜技術(shù)、紅外光譜技術(shù)以及光電子能譜技術(shù)。其中，質(zhì)譜技術(shù)具有很高的靈敏度，并且可以幫助我們獲得體系的質(zhì)量分布情況。但是，質(zhì)譜技術(shù)很難區(qū)分具有相同荷質(zhì)比的負(fù)離子，比如同分異構(gòu)體，當(dāng)然，也無法獲悉體系的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)信息。利用紅外光譜技術(shù)可以比較好的獲得體系的量子態(tài)信息，比如振動(dòng)模式等相應(yīng)于體系結(jié)構(gòu)的信息，不過對(duì)于電子激發(fā)態(tài)所體現(xiàn)出來的一些動(dòng)力學(xué)信息卻是無能為力。光電子能譜技術(shù)具有非常之高的分辨率，可以非常方便的獲得負(fù)離子體系的電子能級(jí)和電子脫附能方面的信息。并且近年來，隨著研究的深入，作為光電子能譜技術(shù)的一種改良技術(shù)，光電子成像技術(shù)得到了較快的發(fā)展，尤其是隨著速度聚焦技術(shù)的引入，大大提高了光電子成像技術(shù)的分辨率，從而使其在負(fù)離子研究領(lǐng)域得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。但是，盡管具有上述眾多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的負(fù)離子體系，光電子能譜技術(shù)仍然具有很大的局限性，尤其在結(jié)構(gòu)信息的獲取方面。同時(shí)，光電子能譜技術(shù)對(duì)于負(fù)離子體系的動(dòng)力學(xué)信息仍然是不能直接探測的。
[0004]目前，超快飛秒激光技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，并且其相應(yīng)的商品化產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。同時(shí)，離子源產(chǎn)生技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，也已經(jīng)可以得到非常穩(wěn)定的束源。在電子控制方面，相應(yīng)的高速開關(guān)技術(shù)目前業(yè)已是比較成熟的技術(shù)。綜合上述種種的客觀因素，我們認(rèn)為在超快時(shí)間范圍內(nèi)研究負(fù)離子體系的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)信息已經(jīng)成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是鑒于以上的事實(shí)而做出的，其目的在于提供一種用于研究負(fù)離子體系的光電子成像裝置；
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所示:
[0007]—種用于研究負(fù)離子體系的光電子成像裝置，包括:
[0008](a)飛秒激光系統(tǒng)可以產(chǎn)生用于對(duì)負(fù)離子進(jìn)行研究所使用的超短激光脈沖基頻光;
[0009](b)光路變換單元對(duì)上述飛秒激光系統(tǒng)所產(chǎn)生的超短激光脈沖基頻光進(jìn)行光參量變換，得到不同波長的超短激光脈沖；
[0010](c)納秒激光濺射負(fù)離子源產(chǎn)生原子負(fù)離子以及團(tuán)簇負(fù)離子；
[0011](d)真空系統(tǒng)采用三級(jí)真空系統(tǒng)；
[0012](e)離子束加速與準(zhǔn)直單元對(duì)上述納秒激光濺射負(fù)離子源所產(chǎn)生的負(fù)離子進(jìn)行加速以及整形，形成負(fù)離子束源；
[0013](f)離子質(zhì)量選取單元根據(jù)上述負(fù)離子束源的成分，篩選出納秒激光濺射負(fù)離子源產(chǎn)生的單一負(fù)離子成分；
[0014](g)光電子速度聚焦電極單元將上述經(jīng)過篩選出單一的負(fù)離子束源光脫附后所產(chǎn)生的電子進(jìn)行速度聚焦；
[0015](h)外磁場屏蔽單元屏蔽外界電磁場對(duì)電子在無場飛行過程中造成的干擾；
[0016](i)電子成像探測器單元對(duì)經(jīng)過速度聚焦后的電子進(jìn)行信號(hào)放大并進(jìn)行成像；
[0017](j)圖像采集單元對(duì)上述電子成像探測器單元所成的圖像進(jìn)行采集。
[0018]進(jìn)一步地，飛秒激光系統(tǒng)可以產(chǎn)生超短激光脈沖。上述超短激光脈沖寬度可以是10飛秒至1000飛秒，頻率在10赫茲至1000赫茲，光譜中心在810納米，光譜寬度為5納米至70納米。
[0019]進(jìn)一步地，光路變換單元可以將上述飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生的超短激光脈沖進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換；光路I采用二倍頻晶體和三倍頻晶體，通過光路I可以得到由飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生的超短激光脈沖的原始光波長，即基頻光；中心波長在810(±30)納米，二倍頻光中心波長在405 (±20)納米，三倍頻光中心波長在270 (±10)納米；光路2中利用光參量放大器對(duì)基頻光進(jìn)行光參量變換，可以得到連續(xù)可調(diào)的超短激光脈沖，波長范圍在490納米至2300納米。
[0020]進(jìn)一步地，光路變換單元中光路I通過步進(jìn)電極控制的精密延遲平臺(tái)，結(jié)合光路2可以形成時(shí)間分辨的光路系統(tǒng)。延遲平臺(tái)的單步移動(dòng)距離可以在0.3微米至300微米，則光路變換單元的時(shí)間分辨本領(lǐng)在2飛秒至2000飛秒之間。
[0021 ] 進(jìn)一步地，納秒激光濺射負(fù)離子源包括濺射激光系統(tǒng)，載氣系統(tǒng)，濺射腔室；
[0022]上述濺射激光系統(tǒng)可以為連續(xù)激光和脈沖激光，波長可以是260納米至1064納米;
[0023]上述載氣系統(tǒng)可以為0.01兆帕至3.00兆帕壓強(qiáng)范圍的惰性氣體，混合惰性氣體，也可以是載有甲醇、乙醇、乙腈等有機(jī)溶劑的惰性氣體，還可以是氮?dú)?、氧氣等小分子氣體中的一種或多種；
[0024]上述濺射腔室中裝有濺射靶材，并裝配有脈沖閥裝置；
[0025]上述納秒激光濺射負(fù)離子源產(chǎn)生負(fù)離子的過程為，激光濺射系統(tǒng)濺射放置于濺射腔室中的濺射靶材，產(chǎn)生等離子體，該等離子體被從脈沖閥噴射出的載氣束源冷卻，并形成低溫的負(fù)離子混合物。
[0026]進(jìn)一步地，真空系統(tǒng)由三級(jí)真空腔體組成，每級(jí)真空腔體均由一組真空泵組對(duì)其進(jìn)行真空抽取。上述真空泵組采用機(jī)械泵加分子泵組合，利用機(jī)械泵對(duì)真空腔體進(jìn)行粗抽，而后由分子泵對(duì)真空腔體進(jìn)行精抽，從而達(dá)到較高的真空環(huán)境，所述真空環(huán)境〈10_4帕。
[0027]上述真空系統(tǒng)在納秒激光濺射負(fù)離子源未工作時(shí)，真空度低于10_4帕。當(dāng)納秒激光濺射負(fù)離子源工作時(shí)真空度低于10_3帕。
[0028]上述真空系統(tǒng)中包括第一級(jí)腔室、第二級(jí)腔室和第三級(jí)腔室；所述第一級(jí)腔室包括納秒激光濺射離子源和離子束加速與準(zhǔn)直單元稱之為束源室；第二級(jí)腔室包括離子質(zhì)量選取單元稱之為選質(zhì)量室；第三級(jí)腔室包括光電子速度聚焦電極單元、外磁場屏蔽單元和電子成像探測器單元稱之為脫附室。
[0029]上述真空系統(tǒng)中第二級(jí)腔室和第三級(jí)腔室之間通過隔離錐連通，隔離錐為一有中心開口的錐形體，中心孔徑0.5毫米至5毫米，隔離錐的立體角度為10度為150度，錐尖方向指向第二級(jí)腔室。
[0030]進(jìn)一步地，離子束加速與準(zhǔn)直單元包括用于離子束加速的電極片組、用于準(zhǔn)直的偏轉(zhuǎn)電極組以及用于對(duì)離子束收束的收束電極組。
[0031]上述離子束加速與準(zhǔn)直單元的用于離子束加速的電極片組，電極片數(shù)量為3至50片，第一片電極為圓形或者矩形片狀電極，第二片至最后一片為圓形或者矩形環(huán)狀電極，第一片電極與第二片電極之間的距離為3毫米至30毫米，第二片電極之后至最后一片電極之間的距離為2-20毫米。
[0032]上述離子束加速與準(zhǔn)直單元的用于準(zhǔn)直的偏轉(zhuǎn)電極組由兩組處于水平和垂直方向的平行電極片組成。
[0033]上述離子束加速與準(zhǔn)直單元的用于對(duì)離子束收束的收束電極組有3個(gè)圓筒狀的電極組成，圓筒電極內(nèi)徑5毫米至30毫米，外徑8毫米至40毫米。
[0034]進(jìn)一步地，離子質(zhì)量選取單元包括離子質(zhì)量選取電極組和離子聚焦電極組。離子質(zhì)量選取電極組由三片柵網(wǎng)電極組成，柵網(wǎng)電極中心為金屬柵網(wǎng)，周圍是環(huán)形電極片，中間柵網(wǎng)的離子透過率在30%至96%，環(huán)形電極片可以是圓形或者矩形。離子聚焦電極組由3個(gè)圓筒狀的電極組成，圓筒電極內(nèi)徑5毫米至30毫米，外徑8毫米至40毫米。
[0035]進(jìn)一步地，光電子速度聚焦電極單元采用三片圓環(huán)電極組成:這三片圓環(huán)電極的外徑為60毫米至200毫米，第一片電極中心開空直徑在0.5毫米至5毫米，第二片電極中心開孔在5毫米至50毫米，第三片電極中心開孔在5毫米至50毫米。上述三片電極之間的間距在5至50毫米。
[0036]上述光電子速度聚焦電極單元在施加不