CN110957198B - 一种逆压梯度传输的离子透镜*** - Google Patents

一种逆压梯度传输的离子透镜*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种逆压梯度传输的离子透镜***，包括：从离子束入射方向依次串联的第一静电透镜组和第二静电透镜组；第一静电透镜组的透镜个数大于等于三个，且其个数为奇数；第一静电透镜组中每个静电透镜同轴设置，第奇数个第一静电透镜施加的电压为U1，第偶数个第一静电透镜施加的电压为U2，U1不等于U2；第二静电透镜组的透镜个数为大于等于两个，第二静电透镜组中每个静电透镜同轴设置，每个第二静电透镜组中心均设有通孔，且各通孔孔径沿离子束入射方向递减。本装置能够精确调节离子传输过程各静电透镜的电压，降低压梯度传输时离子通量损耗，并与逆压注入器耦合，实现逆压梯度下的离子的有效传输。

Description

一种逆压梯度传输的离子透镜***
技术领域
本发明是关于一种逆压梯度传输的离子透镜***，属于离子光学技术领域。
背景技术
静电透镜通常指由具有带电导体所产生的静电场来使电子束聚焦或成像的装置。它广泛应用于电子器件，如阴极射线示波管、电子显微镜和气相反应仪器中。离子透镜***由多个静电透镜组成。在旋转对称型的若干个静电透镜的导体电极上分别加上一定的直流电压形成旋转对称静电场。离子透镜***的主要作用是将电离室中大部分离子以很小的散角送至目标设备，如质量分析器、反应管、离子阱等。
逆压梯度指的是若干个真空腔体通过各种形式差分连接时，上游腔体中真空度高于下游腔体，真空梯度与离子输送方向相反的情况。
目前，离子透镜***大都是在无压力梯度的高真空中使用，对于存在逆压梯度条件时，如何使离子的有效聚焦和传输还没有比较好的解决办法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种逆压梯度传输的离子透镜***，其能够精确调节离子传输过程各静电透镜的电压，降低逆压梯度传输时离子通量损耗，并与逆压注入器耦合，实现逆压梯度下的离子的有效传输。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明提供了一种逆压梯度传输的离子透镜***，包括：从离子束入射方向依次串联的第一静电透镜组和第二静电透镜组；第一静电透镜组的第一静电透镜个数大于等于三个，且其个数为奇数；＝第一静电透镜组中每个第一静电透镜同轴设置，其中，第奇数个第一静电透镜施加的电压为U1，第偶数个第一静电透镜施加的电压为U2，U1不等于U2；第二静电透镜组的第二静电透镜个数为大于等于两个，第二静电透镜组中每个第二静电透镜同轴设置，其中，每个第二静电透镜中心均设有通孔，且各通孔孔径沿离子束入射方向递减；对各个第二静电透镜施加具有电势梯度的直流电，以形成漏斗形离子透镜。
进一步，第二静电透镜组远离第一静电透镜组的方向还设有逆压注入器。
进一步，逆压注入器包括装配法兰，以及设置在装配法兰上的加电漏斗、内环气孔盘和外环气孔盘，加电漏斗，内环气孔盘和外环气孔盘之间由密封橡胶圈隔开。
进一步，加电漏斗与第二静电透镜组连接，加电漏斗将经过第二静电透镜组汇集与加速的离子束收集至逆压注入器的中心孔处；通过调节施加在加电漏斗上的直流电压调节加电漏斗中离子束的通量。
进一步，加电漏斗和内环气孔盘以及内环气孔盘和外环气孔盘之间隔绝而成的密闭空间为载气驻留池；装配法兰上设有与载气驻留池连通的导气管。
进一步，第一静电透镜组为无底金属筒，通过在第奇数个金属筒和第偶数个金属筒间形成旋转对称静电场，实现离子束的定向传输和聚焦。
进一步，第二静电透镜组为内径依次减小的金属圆环。
进一步，第一静电透镜组和第二静电透镜组通过固定装置固定，固定装置包括固定法兰和固定杆，固定法兰用于固定第一静电透镜组，固定杆用于固定第二静电透镜组。
进一步，第二静电透镜组同轴套设于固定杆上。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本装置能够精确调节离子传输过程各静电透镜的电压，降低逆压梯度传输时离子通量损耗，并与逆压注入器耦合，实现逆压梯度下的离子的有效传输。2、本装置可精确控制离子传输过程中各静电透镜间的电势差，以及静电透镜和逆压注入器间的电势差，特别是电势梯度可调的漏斗形静电透镜的设计以及其与圆筒形静电透镜的串联，可以大大增加逆压梯度条件下离子的输运效率。
附图说明
图1为本发明一实施例中逆压梯度传输的离子透镜***的正视图；
图2为本发明一实施例中逆压梯度传输的离子透镜***的左视图；
图3为本发明一实施例中逆压梯度传输的离子透镜***的右视图；
图4为本发明一实施例中逆压注入器的结构示意图。
附图标记：
1-第一静电透镜组；11-第奇数个第一静电透镜；12-第偶数个第一静电透镜；2-第二静电透镜组；3-接电引脚；4-逆压注入器；41-装配法兰；42-加电漏斗；43-内环气孔盘；44-外环气孔盘；45-密封橡胶圈；46-载气驻留池；5-固定装置；51-固定法兰；52-固定杆；53-陶瓷垫片。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供了一种逆压梯度传输的离子透镜***，如图1-4所示，包括：一种逆压梯度传输的离子透镜***，包括：从离子束入射方向依次串联的第一静电透镜组1和第二静电透镜组2；第一静电透镜组1的第一静电透镜个数大于等于三个，且其个数为奇数；第一静电透镜组1中每个第一静电透镜同轴设置，其中，第奇数个第一静电透镜11施加的电压为U1，第偶数个第一静电透镜12施加的电压为U2，U1不等于U2；第二静电透镜组2的第二静电透镜个数为大于等于两个，第二静电透镜组中每个第二静电透镜同轴设置，其中，每个第二静电透镜中心均设有通孔，且各通孔孔径沿离子束入射方向递减；对各个第二静电透镜施加具有电势梯度的直流电，以形成漏斗形离子透镜，从而实现离子束的定向传输、聚焦和加速等功能。其中具有电势梯度的直流电通常为沿离子束入射方向，对各静电透镜施加的电压等差递减。如第二静电透镜组2中第一个静电透镜施加10V电压，第二个静电透镜施加8V电压，第三个静电透镜施加6V，以此类推。而第一静电透镜组1施加的电压U1和U2具体值由离子束的初始动能决定，二者只要不相等即可，并没有特定的大小关系。本实施例中装置能够精确调节离子传输过程各静电透镜的电压，降低逆压梯度传输时离子通量损耗，并与逆压注入器4耦合，实现逆压梯度下的离子的有效传输；并且可精确控制离子传输过程中各静电透镜间的电势差，以及静电透镜和逆压注入器4间的电势差，特别是电势梯度可调的漏斗形静电透镜的设计以及其与圆筒形静电透镜的串联，可以大大增加逆压梯度条件下离子的输运效率。
其中，第一静电透镜组1为无底金属筒，通过在第奇数个金属筒和第偶数个金属筒间形成旋转对称静电场，实现离子束的定向传输和聚焦。第二静电透镜组为内径依次减小的金属圆环。本实施例中，第一静电透镜组1包括三个无底金属筒，第二静电透镜组包括八个金属圆环。其中每一个金属筒或者金属圆环上均设有至少两个接电引脚3，用于对金属筒或金属圆环施加电压。金属筒或者金属圆环的材质为不锈钢、铜、金等具有优越导电性的金属。八个金属圆环的内径优选在14mm-11mm的范围内递减。
本实施例中，第二静电透镜组2远离第一静电透镜组1的方向还设有逆压注入器4。逆压注入器4包括装配法兰41以及设置在所述装配法兰上的加电漏斗42，内环气孔盘43和外环气孔盘44，加电漏斗42，内环气孔盘43和外环气孔盘44之间由密封橡胶圈45隔开。加电漏斗42与第二静电透镜组2连接，加电漏斗42将经过第二静电透镜组2汇集与加速的离子束收集至逆压注入器4的中心孔处；通过调节施加在加电漏斗42上的直流电压调节加电漏斗42中离子束的通量。加电漏斗42和内环气孔盘43以及内环气孔盘43和外环气孔盘44之间隔绝而成的密闭空间为载气驻留池46；装配法兰41上设有与载气驻留池46连通的导气管。导气管中导入的气体优选为氦气。向逆压注入器4通入一定流量的氦气，氦气经过载气驻留池46从内/外环气孔中流出，在下游罗茨鼓风机的载动下，氦气在该区域形成径向环流，产生局域负压，吸引离子束通过中心孔，最终起到提高离子束逆压传输通量的效果。当然导气管内也可以通入其它可以起到上述效果的气体。
如图1-4所示，第一静电透镜组1和第二静电透镜组2通过固定装置5固定，固定装置5包括固定法兰51和固定杆52，固定法兰51用于固定第一静电透镜组1，固定杆52用于固定第二静电透镜组2。其中固定杆52为多根，多根固定杆52固定于一固定法兰51上，并在固定法兰51周向均匀分布，第二静电透镜组2同轴套设于固定杆52上。为了保证整个***的安全性，防止漏电，固定杆52上还套设有陶瓷垫片53，该陶瓷垫片53也有避免各静电透镜发生移动的作用。
逆压梯度传输的离子透镜***工作时，具有一定初速度分布和分散半径的离子束从圆筒形透镜一侧进入，经过第一静电透镜组1、第二静电透镜组2的汇集与加速，到达逆压注入器4的中心孔处。向逆压注入器4通入一定流量的氦气，氦气经过载气驻留池46从内环气孔盘43和外环气孔盘44的气孔中中流出，在下游罗茨鼓风机的载动下，氦气在内环气孔盘43和外环气孔盘44中部形成径向环流，产生局域负压，吸引离子束通过中心孔，最终起到提高离子束逆压传输通量的效果。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，包括：从离子束入射方向依次串联的第一静电透镜组和第二静电透镜组；
所述第一静电透镜组的第一静电透镜个数大于等于三个，且其个数为奇数；第一静电透镜组中每个第一静电透镜同轴设置，其中，第奇数个第一静电透镜施加的电压为U1，第偶数个第一静电透镜施加的电压为U2，U1不等于U2；
所述第二静电透镜组的第二静电透镜个数为大于等于两个，第二静电透镜组中每个第二静电透镜同轴设置，其中，每个第二静电透镜中心均设有通孔，且各通孔孔径沿离子束入射方向递减；对各个所述第二静电透镜施加具有电势梯度的直流电，以形成漏斗形离子透镜；
所述第二静电透镜组远离所述第一静电透镜组的方向还设有逆压注入器。
2.如权利要求1所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述逆压注入器包括装配法兰，以及设置在所述装配法兰上的加电漏斗、内环气孔盘和外环气孔盘，所述加电漏斗，内环气孔盘和外环气孔盘之间由密封橡胶圈隔开。
3.如权利要求2所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述加电漏斗与所述第二静电透镜组连接，所述加电漏斗将经过第二静电透镜组汇集与加速的离子束收集至所述逆压注入器的中心孔处；通过调节施加在所述加电漏斗上的直流电压能够调节所述加电漏斗中所述离子束的通量。
4.如权利要求2所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述加电漏斗和内环气孔盘以及内环气孔盘和外环气孔盘之间隔绝而成的密闭空间为载气驻留池；所述装配法兰上设有与所述载气驻留池连通的导气管。
5.如权利要求1-4任一项所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述第一静电透镜组为无底金属筒，通过在第奇数个金属筒和第偶数个金属筒间形成旋转对称静电场，实现所述离子束的定向传输和聚焦。
6.如权利要求1-4任一项所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述第二静电透镜组为内径依次减小的金属圆环。
7.如权利要求1-4任一项所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述第一静电透镜组和所述第二静电透镜组通过固定装置固定，所述固定装置包括固定法兰和固定杆，所述固定法兰用于固定第一静电透镜组，所述固定杆用于固定所述第二静电透镜组。
8.如权利要求7所述的逆压梯度传输的离子透镜***，其特征在于，所述固定杆为多根，多根所述固定杆固定于一所述固定法兰上，并在所述固定法兰周向均匀分布，所述第二静电透镜组同轴套设于所述固定杆上。
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