一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粒子速度影像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在上世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的粒子速度影像技術(shù)在光致解離/電離反應(yīng)的認(rèn)知過程中一直扮演著重要的角色。粒子速度影像儀的核心部件是三個(gè)中間開孔的圓形電極板，分別為排斥極電極板、提取極電極板和接地極電極板。這三個(gè)電極板形成的電場(chǎng)構(gòu)成了靜電透鏡。產(chǎn)生于不同位置，具有相同動(dòng)量的離子/電子經(jīng)過排斥極電極板的排斥，經(jīng)提取極電極板和接地極電極板聚焦并匯聚在微通道板(MCP)探測(cè)器上。最終不同動(dòng)能的粒子會(huì)在探測(cè)器上形成不同直徑的圓環(huán)，經(jīng)過重構(gòu)算法重構(gòu)后，就能得到電離后產(chǎn)生的粒子的三維速度矢量分布。
[0003]而同時(shí)獲得電子和離子的二維動(dòng)量譜，對(duì)于揭示光致解離/電離反應(yīng)中的微觀動(dòng)力學(xué)過程具有重要意義?，F(xiàn)有的同時(shí)測(cè)量光電子-離子的光譜儀裝置(Photoelectron-photo1n Coincidence Spectroscopy)由兩套粒子速度影像儀裝置組成，一邊測(cè)電子的動(dòng)量譜，另一邊測(cè)離子的動(dòng)量譜。該裝置控制復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)儀器成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)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實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法及裝置，通過對(duì)離子速度影像儀的排斥極電極板和提取極電極板分別施加跳變電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子和離子速度影像的同時(shí)測(cè)量。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]S1、在離子速度影像儀排斥極電極板和提取極電極板分別施壓不同大小的負(fù)壓，用于加速電子至探測(cè)屏，生成電子的二維動(dòng)量譜；
[0007]S2、將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，用于加速離子至探測(cè)屏，以生成離子的二維動(dòng)量譜。
[0008]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟S1中，跳變前的提取極電極板和排斥極電極板上的初始電壓比值為0.768。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟S2中，將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，跳變電壓的跳變時(shí)間小于10ns，跳變電壓的觸發(fā)時(shí)間在激光與氣體分子作用的10ns后。
[0010]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的裝置，包括離子速度影像儀，所述裝置還包括:
[0011]與離子速度影像儀中排斥極電極板和提取極電極板分別連接的脈沖電源，用于對(duì)排斥極電極板和提取極電極板分別施加跳變電壓。
[0012]因此，本發(fā)明可以獲得以下的有益效果:在粒子速度影像儀的排斥極電極板和提取極電極板分別添加跳變電壓，初始電壓設(shè)置為負(fù)用于加速電子，隨后將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓從負(fù)壓跳變到正壓，用于加速離子，即可在一次電離實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)獲得電子和離子的二維動(dòng)量譜。本發(fā)明方法把一次飛行時(shí)間分為兩塊，一塊用來加速電子的飛行，一塊用來加速離子的飛行，在探測(cè)端再根據(jù)前面時(shí)間段的劃分，將兩個(gè)時(shí)間段的信號(hào)分開來，即一個(gè)為電子信號(hào)，另一個(gè)為離子信號(hào)，增加了時(shí)間利用率，提高速度影像生成的效率。本發(fā)明可用一套粒子速度影像儀同時(shí)測(cè)量電子和離子的速度影像，實(shí)施本發(fā)明無需改變?cè)醒b置結(jié)構(gòu)，實(shí)施簡(jiǎn)便；也無需兩套粒子速度影像儀裝置，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明速度影像儀上排斥極電極板和提取極電極板上的跳變電壓控制示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明裝置獲得的H+離子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明裝置獲得的電子的二維動(dòng)量譜示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明裝置獲得的H+離子的二維動(dòng)量譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]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(duì)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。
[0019]本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法及裝置，其基于時(shí)分復(fù)用原理，在粒子速度影像儀的排斥極電極板和提取極電極板分別添加跳變電壓。
[0020]如圖1所示，裝置包括排斥極電極板1、提取極電極板2、接地極電極板3、雙微通道板(MCP) 4、熒光屏5、CCD相機(jī)6，還包括與排斥極電極板1和提取極電極板2連接的跳變電壓控制單元。排斥極電極板1和提取極電極板2分別連接跳變電壓，接地極電極板3接地。
[0021]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法包括以下步驟:
[0022]S1、在離子速度影像儀排斥極電極板和提取極電極板分別施壓不同大小的負(fù)壓，用于加速電子至探測(cè)屏，生成電子的二維動(dòng)量譜；
[0023]S2、將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，用于加速離子至探測(cè)屏，以生成離子的二維動(dòng)量譜。
[0024]上述步驟S1中，在排斥極電極板施壓的負(fù)壓與在提取極電極板施加的負(fù)壓的比值根據(jù)不同電極板之間的距離、粒子飛行的距離、電極板中心圓孔直徑的大小等因素進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，跳變前的提取極電極板和排斥極電極板上的初始電壓比值為0.768，在這個(gè)比例條件下，獲得電子二維動(dòng)量譜分辨率最優(yōu)。
[0025]上述步驟S2中，將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，跳變電壓的跳變時(shí)間小于10ns。其中，需滿足跳變時(shí)間盡可能短，以減小跳變過程中的電場(chǎng)對(duì)離子的軌跡的影響，跳變電壓的觸發(fā)時(shí)間應(yīng)在激光與氣體分子作用的10ns后，以為將電子加速到探測(cè)屏上提供充足的時(shí)間。
[0026]以下結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，排斥極電極板到探測(cè)屏距離120mm，排斥極電極板開孔4mm，提取極電極板開孔16mm，接地極電極板開孔18mm，排斥極電極板與提取極電極板間距14mm，提取極電極板與接地極電極板間距16mm，雙微通道板探測(cè)屏直徑40mm。
[0028]激光與氣體分子的作用點(diǎn)在排斥極電極板和提取極電極板的正中央，即距排斥極電極板7mm處。
[0029]排斥極和提取極的跳變電壓控制如圖2所示，排斥極初始電壓為-825V，提取極初始電壓為-629V，此時(shí)兩電極板間的電場(chǎng)適合加速電子，在電子飛行完畢，即10ns之后，將排斥極電壓跳變到1000V，提取極電壓跳變到768V，用于加速離子，跳變時(shí)間控制在7ns，在離子加速完畢后，下一個(gè)激光脈沖到來前，將排斥極和提取極電壓跳變回初始值，等下一個(gè)激光脈沖到來即開始下一個(gè)周期。
[0030]以電子作為離子源，其初始速度方向垂直于飛行管軸，能量分布為0.5eV到5.5eV，間隔leV，得到電子的二維動(dòng)量譜，如圖4所示。
[0031]以質(zhì)量、帶電量分別為1.67X 10 27kg, 1.6X10 19C的大量單個(gè)H+離子為離子源，其初始速度方向垂直于飛行管軸，能量分布為0.5eV到5.5eV，間隔leV，得到離子的二維動(dòng)量譜，如圖5所示。
[0032]圖3所示為H+離子在所述電壓控制下的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于初始的10ns，Η +離子在電子加速場(chǎng)中被反向加速，導(dǎo)致前面部分軌跡有些微的畸變，但結(jié)合圖5可知，這對(duì)之后的Η+離子的二維動(dòng)量譜成像幾乎沒影響。而這個(gè)畸變相對(duì)于飛行時(shí)間更長(zhǎng)的其他離子來說，影響更小。
[0033]以上結(jié)果表明，采用這種基于時(shí)分復(fù)用原理電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法，能很好地同時(shí)得到電子和離子的二維動(dòng)量譜。
[0034]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、在離子速度影像儀排斥極電極板和提取極電極板分別施壓不同大小的負(fù)壓，用于加速電子至探測(cè)屏，生成電子的二維動(dòng)量譜； 52、將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，用于加速離子至探測(cè)屏，以生成離子的二維動(dòng)量譜。2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法，其特征在于，所述步驟S1中，跳變前的提取極電極板和排斥極電極板上的初始電壓比值為0.768。3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法，其特征在于，所述步驟S2中，將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，跳變電壓的跳變時(shí)間小于10ns，跳變電壓的觸發(fā)時(shí)間在激光與氣體分子作用的10ns后。4.一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的裝置，包括離子速度影像儀，其特征在于，所述裝置還包括: 與離子速度影像儀中排斥極電極板和提取極電極板分別連接的脈沖電源，用于對(duì)排斥極電極板和提取極電極板分別施加跳變電壓。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)電子和離子速度影像同時(shí)測(cè)量的方法及裝置，所述方法包括以下步驟：S1、在離子速度影像儀排斥極電極板和提取極電極板分別施壓不同大小的負(fù)壓，用于加速電子至探測(cè)屏，生成電子的二維動(dòng)量譜；S2、將排斥極電極板和提取極電極板上的電壓分別從負(fù)壓跳變到正壓，用于加速離子至探測(cè)屏，以生成離子的二維動(dòng)量譜。本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，裝置包括離子速度影像儀，與離子速度影像儀中排斥極電極板和提取極電極板分別連接的脈沖電源，用于對(duì)排斥極電極板和提取極電極板分別施加跳變電壓。實(shí)施本發(fā)明無需改變?cè)醒b置結(jié)構(gòu)，實(shí)施簡(jiǎn)便，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。
【IPC分類】G01P3/50
【公開號(hào)】CN105301278
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510760750
【發(fā)明人】陸培祥, 羅四強(qiáng), 蘭鵬飛, 張鵬, 張慶斌
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日