此幾何聚焦在四次鏡反 射之后將離子軌跡轉(zhuǎn)變成它本身。例如，在以引用方式并入本文中的M.Yavor等人的論文 (《PhysicsProcedia(物理研究薈萃）》，第1卷，Nl，2008,第391-400頁）中，已經(jīng)詳細(xì)描 述了具有MPA-1鏡的飛行時(shí)間分析器的離子-光學(xué)和同步性質(zhì)。通過同時(shí)正確調(diào)諧離子反 射鏡，提供了分析器中間平面中的以下性質(zhì)：上述Y方向上的幾何聚焦；每次離子反射之后 的三階能量聚焦（t|5)=(t|5S)= (t|5SS)=〇 ;兩次鏡反射之后的二階空間聚焦 (t|y) = (t|b) = (t|y5) = (t|b5) = (t|yy) = (t|yb) = (t|bb) =0。
[0055] 參照?qǐng)D2,示出在圖1的MPA-1分析器中的偶數(shù)次的鏡反射之后的時(shí)間聚焦平 面中的歸一化時(shí)間能量平面中的離子分布模擬圖線。初始離子束具有高斯分布〇K = 0.011K。和全高度下的均一Y分布2￥。= 0. 133H。該圖線表征了由于分析器偏差導(dǎo)致 的最大AT/T。~2. 5X10 5的離子束展寬。與個(gè)體"探針"離子對(duì)應(yīng)的那些點(diǎn)大部分 被包圍在由能量和三階混合像差組成的兩條曲線之中：(T-TQ)/TQ= (t|SSSS)S4 和（『-[)/ 7;=(小說W +(z|。以良好精度，像差（t|SSSS)S4和 (/ ^在飛行時(shí)間峰擴(kuò)展中占主導(dǎo)地位。在表2中表現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的和一些更高（五和 六）階能量像差系數(shù)的值。
[0056] 表2.具有鏡MPA-1的質(zhì)量分析器的像差系數(shù)
[0057]
[0058] 基于像差系數(shù)值，可計(jì)算出對(duì)于能量和坐標(biāo)擴(kuò)展的給定值，因像差引起的時(shí)間 擴(kuò)展的幅度。例如，假設(shè)總飛行時(shí)間是lms并且考慮圖2的離子束具有高斯能量分 布〇K= 0.011并且具有均一坐標(biāo)擴(kuò)展YQ/H= ±0.067。然后，大約95 %的離子與平均 能量相差達(dá)小于S=2〇K= ±0.022,即，保持在4. 4%的總能量擴(kuò)展內(nèi)。由于四階像差 (t|SSSS)S4,導(dǎo)致歸一化飛行時(shí)間的最大偏差等于11.5X0.0224~2.6E-6并且絕對(duì) 時(shí)間擴(kuò)展是2. 6ns。類似地，五階像差導(dǎo)致8 . 5X2X0 . 0 2 25~9E-8,對(duì)應(yīng)于0.09ns。由于 對(duì)于奇數(shù)階像差而言對(duì)正號(hào)的偏差進(jìn)行求和，因此出現(xiàn)額外的2的倍數(shù)。坐標(biāo)擴(kuò)展造成飛 行時(shí)間擴(kuò)展，這主要是由于造成0 . 0 7 2 7X0 . 06 72X2X0 . 0 2 2~1. 4E-5和絕對(duì)值14ns的混 合像差 0I ?
[0059] 參照?qǐng)D3,示出現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)離子反射鏡（MPA-2)，其中，對(duì)應(yīng)的飛行時(shí)間質(zhì) 量分析器由面對(duì)面布置并且通過漂移空間分開的兩個(gè)這種離子反射鏡組成。在以引用方式 并入本文中的共同待決的申請(qǐng)223322-318705中描述了該離子反射鏡。離子反射鏡提供了 五階能量聚焦（t|S) = (t|SS) = (t|SSS) = (t|SSSS) = (t|SSSSS)= 0。為了這個(gè)目標(biāo)，鏡蓋與電極#1分開并且形成單獨(dú)電極#0,向電極#1、#2和#3施加減速 電壓，向電極#4施加無場(chǎng)電勢(shì)（圖3中的U= 0)，并且向電極#5施加加速電勢(shì)。在表3中 表現(xiàn)了處于五階能量聚焦模式（MPA-2-5)下的鏡電極的鏡大小和電調(diào)諧，其中，蓋-蓋間隔 是2X〇= 908mm并且鏡窗口的高度是H= 30_。
[0060] 表3.現(xiàn)有技術(shù)的鏡MPA-2的幾何形狀和電極電勢(shì)
[0061]
[0062] 通過電連接相鄰電極，經(jīng)獨(dú)立調(diào)節(jié)的電壓的數(shù)量可減少，可調(diào)諧離子反射 鏡MPA-2,使得能量聚焦的階數(shù)減小至四階（t|S) = (t|SS) = (t|SSS)= (t| 5 8 8 8 ) = 〇 (模式MPA-2-4)或三階（t|5) = (t|5 8) = (t|5 8 8) = 〇(模式 MPA-2-3)。在表3中示出對(duì)應(yīng)的電調(diào)諧模式并且圖3中示出電勢(shì)分布U(X，Y= 0)。
[0063] 參照表4,在自身模擬中發(fā)現(xiàn)，因犧牲了能量聚焦，允許混合三階像差同時(shí)減小。 舉例來說，離子反射鏡MPA-2的幾何形狀和電勢(shì)被優(yōu)化，使得在三階能量聚焦模式MPA-2-3 下，實(shí)現(xiàn)了：二階空間聚焦（t|y) = (t|b) = (t|yy) = (t|yb) = (t|bb) =0;和沒有混合 三階像差（t|yy5 ) = (t|yb5 ) = (t|bb5 ) = 〇。這意味著飛行時(shí)間的全三階聚焦，因?yàn)?分析器中所有剩余的三階像差系數(shù)因相對(duì)于Y= 0平面的系統(tǒng)對(duì)稱而自動(dòng)消失。在這種情 況下占主導(dǎo)地位的未消失像差保持四階像差（t|SSSS)S4。
[0064] 表4.具有鏡MPA-2的質(zhì)量分析器的像差系數(shù)
[0065]
[0066] 參照?qǐng)D4,繪出以上討論的三種模式下的飛行時(shí)間與離子能量的相關(guān)性。這些相關(guān) 性表明，如果可忽略混合三階像差，則能量聚焦的階數(shù)增大將造成時(shí)間峰展寬的顯著減小。 對(duì)于示例性的7%的能量擴(kuò)展，因從三階能量聚焦前進(jìn)至四階能量聚焦并接著前進(jìn)至五階 能量聚焦使時(shí)間擴(kuò)展相應(yīng)下降3倍和30倍。然而，如表4中所示，能量聚焦的階數(shù)增大造 成出現(xiàn)三階混合像差（t|yyS)，這減少了整體時(shí)間峰展寬的改進(jìn)，從而限制了分析器的能 量容差。
[0067] 參照?qǐng)D5,示出在被調(diào)諧成三階能量聚焦模式MPA-2-3的圖3的鏡MPA-2進(jìn)行偶數(shù) 次的離子反射從而得到完全三階聚焦之后、在時(shí)間聚焦平面中的時(shí)間能量平面上的飛行時(shí) 間分布的圖線。與用于繪制圖2相同地，初始離子束具有高斯能量分布 〇k=0.011K。和全 高度下的均一Y分布2YQ= 0. 133H。由于沒有混合三階像差，導(dǎo)致圖線上的點(diǎn)大致符合曲 線（t-tq)/%= (t|SSSS)S4,這意味著，四階像差（t|SSSS)S4在飛行時(shí)間展寬中 占主導(dǎo)地位。比較表2和表4，MPA-2-3調(diào)諧模式下的鏡MPA-2具有比鏡MPA-1大超過兩倍 的像差系數(shù)（t|SSS5)，這同樣反映了總體趨勢(shì)：當(dāng)為了較低的三階混合像差而進(jìn)行調(diào) 諧時(shí)，能量像差增大。比較圖2和圖5,時(shí)間展寬在圖5中較高，盡管形式上是更高階的整體 聚焦。
[0068] 參照?qǐng)D6,示出在被調(diào)諧成四階能量聚焦模式MPA-2-4的圖3的鏡MPA-2進(jìn)行偶數(shù) 次的離子反射之后、在時(shí)間聚焦平面中的時(shí)間能量平面上的飛行時(shí)間分布的圖線。與用于 繪制圖2和圖5相同地，初始離子束具有高斯能量分布〇 K= 0.011K。和全高度下的均一Y 分布2￥。= 0. 133H。類似于圖2,對(duì)應(yīng)于個(gè)體離子的那些點(diǎn)大部分被包圍在兩條曲線之中： (t-t〇)/t〇= (t| s s s s s) s5和（r-:rQ)./r0 =⑴而+ 中看到的，像差（t|sSSSS)S5像差比（到妙#>3^# (經(jīng)受S-和y-擴(kuò)展）占上風(fēng)。 因此，四階能量聚焦允許時(shí)間擴(kuò)展比三階能量聚焦小3倍，這與圖4的圖線相符。
[0069]參照?qǐng)D7，示出在被調(diào)諧成五階能量聚焦模式MPA-2-5的圖3的鏡MPA-2進(jìn) 行偶數(shù)次的離子反射之后、在時(shí)間聚焦平面中的時(shí)間能量平面上的飛行時(shí)間分布的 圖線。與用于繪制圖2、圖5和圖6相同地，初始離子束具有高斯能量分布〇K = 0. 011K。和全高度下的均一Y分布2￥。= 0. 133H。類似于圖6,在圖7中，對(duì)應(yīng)于個(gè)體 離子的那些點(diǎn)被包圍在兩條曲線之中：對(duì)應(yīng)于（t-tq)/tq= (t|ssssss)s6和(r- ) / 廠:)二（/1 必說v訪）y+ ⑴乃w) 消失像差敎丨的作用變得占絕對(duì)主導(dǎo)地位。通過在MPA-2-4模式和MPA-2-5模式 之間切換，僅僅將時(shí)間擴(kuò)展提高了 1. 5倍，而非圖4預(yù)測(cè)的10倍。
[0070] 因此，在由具有反射場(chǎng)和加速場(chǎng)的兩個(gè)區(qū)域組成的"典型"現(xiàn)有技術(shù)的離子反射鏡 中，依照能量聚焦改進(jìn)時(shí)間對(duì)分辨力和能量容差的效果有限，因?yàn)槿A混合像差不可避免 占主導(dǎo)地位。
[0071]本發(fā)明的離子反射鏡-誘鏡組合
[0072] 參照?qǐng)D8,平面鏡和平面透鏡的組合在XY平面上示出并且被表示為ML-1。離子反 射鏡和平面透鏡二者基本上在Z方向上伸長，使得基本上在與Z方向正交的XY平面上形成 二維靜電場(chǎng)。多反射飛行時(shí)間分析器包括兩個(gè)這種離子反射鏡-透鏡組合，這兩個(gè)離子反 射鏡-透鏡組合轉(zhuǎn)為面對(duì)面并且通過無場(chǎng)漂移空間分開。出于模擬目的，漂移電勢(shì)被設(shè)置 成零UD=0。通過電極#1至#5形成鏡靜電場(chǎng)。向電極#1、#2和#3施加減速電壓，從而形 成反射鏡場(chǎng)。電極#4處于漂移電勢(shì)（U4=UD=0)。向電極#5施加最高加速電壓，以進(jìn)行 幾何離子聚焦（對(duì)于正離子，U5〈U6)。電極#6起到作為離子反射鏡的無場(chǎng)屏蔽的作用。這 個(gè)電極足夠長，使得電極#6的無場(chǎng)區(qū)域?qū)㈦x子反射鏡與通過施加U6〈UD (對(duì)于正離子）而形 成的預(yù)聚焦透鏡分開