[發明專利]一種緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡

有效

• 申請號: 201310689834.3
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104715987B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 李海洋;陳平;花磊;謝園園;蔣吉春;劉巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01J37/12
• 分類號: H01J37/12;H01J37/317
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 劉陽

技術領域

本發明涉及質譜儀離子光學系統，具體的說是一種緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡。本發明適用于在真空條件下，通過電場控制離子束偏轉至合適角度，并且可在徑向會聚離子束，減少離子傳輸損失。整個系統結構緊湊，體積小的特點。

背景技術

通過電場（電位）來調節離子束偏轉和會聚是一種應用廣泛的方法。在質譜中，常見的是經常采用這種方法來實現不同入射能量的離子束以合理的偏轉角度進入反射鏡或者檢測器中。為了提高較大發散離子束的接收立體角，在質譜中還經常加入會聚透鏡系統，將離子束聚焦于特定焦面。實現以上功能的經典方法是分別采用偏轉板，控制離子束偏轉至合適角度。如果要進一步會聚離子束于特定的焦面，則需要在偏轉板之前或者之后加入透鏡系統來實現。然而，這樣采用的是一種分立部件的方法，增大了離子傳輸系統的體積，且給安裝定位帶來困難，限制質譜的靈敏度和分辨性能。另外也增加了高壓電源模塊的數量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡。該透鏡體積小巧，結構緊湊，包括主透鏡電極組件和三維定位絕緣組件，依次施加有不同電壓；離子束開始沿透鏡軸線方向運動，經過主透鏡電極后，離子束的運動方向發生偏轉，且在徑向方向產生會聚。偏轉的角度可以通過主透鏡電極電壓差來調節，而會聚的焦點通過主透鏡的電位來調節。本發明所涉及的緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡系統，采用盡量少的電源模塊，實現離子束偏轉角度和會聚焦面的控制，且減少離子傳輸損失。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡，其特征在于：包括入射離子束、光闌、三維定位絕緣組件、下偏轉電極、上偏轉電極，屏蔽電極以及出射離子束,各部分之間沿z同軸依次固定連接。

下偏轉電極和上偏轉電極為精密加工得到的相同環形結構電極，分別與三維定位絕緣組件中心處上下對稱分布的圓弧槽型結構配合連接，確定了兩個偏轉電極之間的間隔距離，沿z軸轉動的角度以及兩個偏轉電極之間的同軸度，兩個偏轉電極在x-z對稱分布，且與z方向同軸，電極材料為不銹鋼，采用精磨制成，保證光潔度和平面度。

下偏轉電極和上偏轉電極分別施加電壓-(V₀-V_d/2)和-(V₀+V_d/2)的電位；其中V₀為透鏡實現會聚功能的電位，V_d為透鏡兩個偏轉電極電位差，用于控制離子偏轉。

三維定位絕緣組件由兩個相同結構絕緣件構成，三維定位絕緣組件的結構包括：中心開有通孔，用于透過離子束；上下對稱分布的圓弧槽型結構，分別用于定位下偏轉電極和上偏轉電極，保證與z方向同軸性及控制沿z軸轉動的角度大小；兩個三維定位絕緣組件的另一側帶有圓弧槽結構，用于與光闌和屏蔽電極的定位同軸配合連接，三維定位絕緣組件與z方向同軸。

為保證三維定位絕緣組件的平面度和平行度誤差足夠的小，采用陶瓷或者聚醚醚酮（PEEK）材料精密加工而成。

光闌為中心開有通孔的不銹鋼電極制成；通過調節孔徑大小來限制進入離子束的發散角度；光闌與z方向同軸，光闌與三維定位絕緣組件連接的一側中心為圓弧型凸口，圓弧型凸口與三維定位絕緣組件的圓弧槽結構配合連接。

屏蔽電極為中心開有通孔的不銹鋼電極制成，接地屏蔽電場；屏蔽電極與z方向同軸，屏蔽電極與三維定位絕緣組件連接的一側中心為圓弧型凸口，圓弧型凸口與三維定位絕緣組件的圓弧槽結構配合連接。

該透鏡系統工作于真空下；離子束沿z軸方向入射。該透鏡系統工作于真空優于10^-2Pa的環境下。

本發明適用于在真空條件下，通過電場控制離子束偏轉至合適角度，并且可在徑向會聚離子束，減少離子傳輸損失。整個系統結構緊湊，體積小的特點。

附圖說明

圖1為本發明的緊湊型偏轉會聚離子束的靜電透鏡結構示意圖。

圖2是采用SIMION軟件模擬靜電透鏡在正常工作條件下的電位圖。偏轉電壓V_d為150V，會聚電位V0為-2650V，氙氣（Xe）的同位素離子束偏轉角度1.9°后，出射透鏡時會聚為直徑小于1mm的束。