[發明專利]分子光解離電離速度成像裝置

有效

• 申請號: 200910055085.2
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101625326A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 楊巖;孫真榮;張詩按;張暉;樊露露;孫盛芝;鄧莉;孫金煜
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/64
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

本發明屬于分子反應動力學領域，涉及用離子速度成像技術對正負離子以及電子的三維信息進行切片成像，具體地說是一種分子光解離電離速度成像裝置。

背景技術

分子光解動力學是分子反應動力學的一個重要領域。光解動力學不僅研究單體分子與激光的相互作用，而且是控制雙分子，甚至多分子體系化學反應的重要手段。由于近年來，對于選定的內能態的制備，獲得特定的反應產物或者選擇特定的反應通道成為分子反應動力學的熱點和焦點，因此，測量相關光解產物或者光解碎片的量子態，特別是其角度分布和速度分布就成為必需。

從上個世紀70年代開始，人們就開始利用光譜的方法測量不同產物的量子態布局，或者利用平動能-質譜方法測量產物的速度分布。將二者結合起來就發展出能同時測量產物的內能態和相關速度的技術，如共振增強多光子電離-飛行時間技術和多普勒光譜技術。但這兩種技術的缺陷在于都只能測量速度分布在一個方向上的投影，不能完整的反演反應動力學初始時刻的角度分布。

80年代后期，特別是90年代中期速度成像技術的成熟，使得離子速度成像的方法成為最理想的光解動力學實驗的技術。離子速度成像技術是在類似于飛行時間質譜儀裝置的基礎上，引進離子透鏡，對空間位置不同，但速度相同的離子進行匯聚，使得它們分布在位敏檢測器的相同位置，并在其后連接熒光板，最后用CCD相機成像。其優點在于，當平行于探測器表面的線偏振光與樣品反應后，所產生的離子因其速度不同而在檢測器表面形成二維分布的圖像。對該圖像進行逆阿貝爾變換或者漢克爾變換，即可得到不同產物在不同態上的全部三維速度分布。但缺點在于，限制了激光的偏振方向，而且在圖像處理的過程中了引入了大量的人工噪聲。

進入21世紀以來，隨著人們對分子反應動力學的深入研究，人們發現反應產物或者離子碎片三維分布中的“赤道截面”實際上包含了所有的角度和速度信息，因此如果能直接獲得“赤道截面”的切片圖像，那么就不需要對圖像進行二維到三維的變換，同時人工噪聲將不會被引入，激光的偏振方向也不再受到限制，于是切片成像技術成為了解反應動力學過程的重要手段。2003年，Kitsopoulos小組利用脈沖場控制的方法成功實現了對離子云的切片。他們在原有離子速度成像的系統中，加入了兩個高壓脈沖場，其中一個用來控制離子透鏡高壓的延遲，從而獲得更長的離子云；另外一個用來控制MCP進行門控，選取合適的切片圖像。這個方法的缺點在于，快上升沿的高壓脈沖很難獲得，因此切片的精度不能很高，而且會使得圖像變模糊。

發明內容

本發明的目的是提供一種分子光解離電離速度成像裝置，該裝置在傳統的離子速度成像技術基礎上，采用了多級離子透鏡的方式，并且加長了離子飛行腔的長度，使得離子云擴散的時間尺度達到了幾百個納秒，同時利用快速響應微通道板，信號快速衰減的熒光板，以及超高時間分辨率的增強型CCD相機進行成像，保證了切片的時間精度達到納秒量級，使得切片成像的精度和準確度都大大提高，而且避免了由高壓脈沖場引起的圖像模糊化問題。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種分子光解離電離速度成像裝置，該裝置包括：惰性氣體載氣源、減壓閥、第一載氣管、樣品池、第二載氣管、真空腔體、前級干泵、分子泵、脈沖閥、漏勺、離子透鏡、微通道板、熒光板、脈沖電源、第一高壓直流電源、第二高壓直流電源、第三高壓直流電源、CCD相機、計算機、激光及二維調節盤；

真空腔體由一橫向設置及一縱向設置的兩矩圓柱形腔體連接而成，其漏勺設于兩腔體內貫通處，兩腔體分別設有前級干泵及分子泵；縱向設置的腔體內設有脈沖閥，橫向設置的腔體內設有離子透鏡、微通道板及熒光板；

減壓閥兩端分別連接惰性氣體載氣源和第一載氣管，第一載氣管伸入樣品池、端口位于樣品液液面以下，樣品池密閉；第二載氣管一端伸入樣品池、位于樣品液液面以上，另一端穿過真空腔體體壁與其內的脈沖閥連接；脈沖閥連接到真空腔體外的脈沖電源；漏勺置于脈沖閥的中心線上，與脈沖閥同軸；

二維調節盤置于縱向設置的腔體頂部，呈圓盤狀，中心位置有小孔，與脈沖閥同軸；第二載氣管通過此小孔與脈沖閥相連；二維調節盤包含兩組相互垂直的微調節螺旋桿，兩組桿分別在兩個方向上移動0～28mm，以此調節脈沖閥的位置，保證脈沖分子束與同步激光在離子透鏡的位置相互作用；