CN113117606A - 一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置 - Google Patents

一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置，所述装置位于真空束源腔中，所述装置包括：L型支架(1)、支架底座(2)、电动精密旋转台(3)、电动精密二维移动平台(4)、超声射流脉冲阀(7)、点光源红外线激光***(8)、垂直定位光电二极管(9)、准直器(10)和水平定位光电二极管(11)。本发明在不破坏腔体高真空环境的前提下，一方面通过电动精密旋转台实现束源垂直和水平两种方向的可逆调节，利用电动精密二维移动平台在两个方向独立调节束源位置；另一方面，通过开腔定位好的点光源红外线激光***和光电二极管对束源精准定位，实现了在高真空束源腔中精密调节束源方向和位置的目标，简化了实验操作流程和时间成本，提高了实验操作效率。

Description

一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵 装置
技术领域
本发明涉及气相反应动力学领域，具体是一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置。
背景技术
气相反应动力学通过在原子和分子水平上研究粒子之间单次碰撞行为揭示化学反应过程的微观机理，光解和交叉分子束技术是该领域目前主要的实验研究手段。相关的实验装置一般包括反应腔室，束源腔室和探测腔室。在进行气相反应实验研究时，为了降低背底噪声，提高反应分辨率，这三个腔室都需要维持在一个比较高的真空度。为了进一步降低探测区背底噪声，提高反应分辨率，束源腔和探测腔，束源腔和反应腔之间用差分抽的方式隔开。这样不仅可以降低背底噪声，同时探测器也需要在较高的真空环境才能正常工作。利用超声射流产生的分子束，可以很好的降低母体分子的内部振转温度，减小束源的速度展宽，进一步提高实验分辨率，真正实现量子态到量子态的动力学研究。所以分子束源多采用脉冲阀超声射流的方式产生，经过准直器准直后到达反应区。超声射流的效果主要取决于容器内气体压力与真空腔体中环境压力的比值，比值越大则超声射流效果越好。因此，分子束形成的必要条件是要有足够低的背景压力，一般要小于10-7torr，高真空环境也能尽量降低背景噪声，提高实验分辨率。在具体的实验研究过程中，如果原子或者自由基束源需要通过光解母体分子束的方式产生，可以采用垂直安装方式(即母体分子束源方向和反应平面垂直)，通过调整光解光偏振方向使原子或者自由基束源方向和反应平面平行。这种安装方式一方面可以减少母体分子进入反应区，提高反应信噪比；另一方面，如果母体分子具有腐蚀性，这样安装也可以保护反应腔尽可能不被腐蚀。水平安装方式可以直接产生中性束源，或者通过放电产生原子或者自由基束源。由于三个腔室是通过差分抽的方式隔开，也意味着在实验过程中如果更换束源的同时也需要改变束源安装方式，则必须破坏所有腔室的真空，开腔改变脉冲阀的安装方向和位置。
发明内容
为了在不破坏真空的前提下，精密调节束源安装方向和位置，简化操作实验操作流程和时间成本，提高实验操作效率，本发明提供了一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置。
一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置，所述装置位于真空束源腔中，所述装置包括：L型支架1、支架底座2、电动精密旋转台3、电动精密二维移动平台4、超声射流脉冲阀7、点光源红外线激光***8、垂直定位光电二极管9、准直器10和水平定位光电二极管11；电动精密二维移动平台4包括Y移动面5和X移动面6；
超声射流脉冲阀7用于产生反应物分子束或者母体分子束，固定在L型支架(1)上，L型支架(1)固定在支架底座(2)上，支架底座(2)固定在电动精密旋转台3旋转面上，实现对束源转动角度的精密调节。电动精密旋转台3通过底面固定在电动精密二维移动平台Y移动面5上，可以在改变束源方向后精密调节束源到准直器10沿Y轴方向的距离。电动精密二维移动平台Y移动面5可以带动X移动面6在X轴方向移动，实现对束源到准直器10沿X轴方向距离的精密调节。电动精密二维移动平台4通过侧面固定在真空束源腔的腔体底面，保证超声射流脉冲阀7的方向和位置只在XY平面内变化。点光源红外线激光***8固定在L型支架(1)上，激光方向和束源方向平行。垂直定位光电二极管9固定在束源腔顶面，外接示波器，通过初次开腔定位使其中心和点光源红外线激光***8中心的连线平行于超声射流脉冲阀7垂直安装(沿Y轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由水平方向转动到垂直方向时的精准定位。水平定位光电二极管11和准直器10安装在同一腔面，外接示波器，通过初次开腔定位使其中心和点光源红外线激光定位8中心的连线平行于超声射流脉冲阀7水平安装(沿X轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由垂直方向转动到水平方向时的精准定位。
进一步地，在改变束源方向和位置的过程中，超声射流脉冲阀7保持在XY平面内，所以不需要调节超声射流脉冲阀7在Z轴方向的位置。
进一步地，L型支架1中心挖空，通过螺丝固定在底座2上；可以在初次开腔固定该装置时实现对所述超声射流脉冲阀7到准直器10距离的粗略定位。
进一步地，支架底座2做成多孔状；可以增强气体导流性，提高真空度。
本发明的优点和积极效果：
本发明在不破坏腔体高真空环境的前提下，一方面通过电动精密旋转台实现束源垂直和水平两种方向的可逆调节，利用电动精密二维移动平台在两个方向独立调节束源位置；另一方面，通过开腔定位好的点光源红外线激光***和光电二极管对束源精准定位，实现了在高真空束源腔中精密调节束源方向和位置的目标，简化了实验操作流程和时间成本，提高了实验操作效率。
附图说明
图1、图2和图3为本发明一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置的结构示意图；
图4为本发明超声射流脉冲阀垂直安装示意图；
图5为本发明超声射流脉冲阀由垂直安装方向转动到水平方向示意图；
图6为本发明电动精密二维移动平台Y移动面带动超声射流脉冲阀沿Y方向移动示意图；
图7为本发明电动精密二维移动平台X移动面带动超声射流脉冲阀沿X方向移动示意图。
其中，1-L型支架，2-支架底座，3-电动精密旋转台，4-电动精密二维移动平台，5-Y移动面，6-X移动面，7-超声射流脉冲阀，8-点光源红外线激光***，9-垂直定位光电二极管，10-准直器，11-水平定位光电二极管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的技术人员是可以完全实现本发明权利要求的全部内容。
参照图1-6，本发明的一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置，所述装置位于真空束源腔中，所述装置包括：L型支架1、支架底座2、电动精密旋转台3、电动精密二维移动平台4、超声射流脉冲阀7、点光源红外线激光***8、垂直定位光电二极管9，准直器10和水平定位光电二极管11；电动精密二维移动平台4包括Y移动面5和X移动面6。
超声射流脉冲阀7用于产生反应物分子束或者母体分子束，固定在L型支架1上，L型支架1固定在支架底座2上，支架底座2固定在电动精密旋转台3旋转面上，实现对束源转动角度的精密调节。电动精密旋转台3通过底面固定在电动精密二维移动平台Y移动面5上，可以在改变束源方向后精密调节束源到准直器10沿Y轴方向的距离。电动精密二维移动平台Y移动面5可以带动X移动面6在X轴方向移动，实现对束源到准直器10沿X轴方向距离的精密调节。电动精密二维移动平台4通过侧面固定在真空束源腔的腔体底面，保证超声射流脉冲阀7的方向和位置只在XY平面内变化。点光源红外线激光***8固定在L型支架1上，激光方向和束源方向平行。垂直定位光电二极管9固定在束源腔顶面，外接示波器，通过开腔定位使其中心和点光源红外线激光***8中心的连线平行于超声射流脉冲阀7垂直安装(沿Y轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由水平方向转动到垂直方向时的精准定位。水平定位光电二极管11和准直器10安装在同一平面，通过开腔定位使其中心和点光源红外线激光定位8中心的连线平行于超声射流脉冲阀7水平安装(沿X轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由垂直方向转动到水平方向时的精准定位。
在改变束源方向和位置的过程中，超声射流脉冲阀7一直保持在XY平面内，所以不需要调节超声射流脉冲阀7在Z轴方向的位置。
超声射流脉冲阀7固定在L型支架上，L型支架1中心挖空，通过螺丝固定在固定底座2上，可以在初次开腔固定该装置时实现对所述超声射流脉冲阀7到准直器10距离的粗略定位。底座2做成多孔状可以增强气体导流性，提高真空度。
如上所述的一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置在使用时，实施方法如下：
(1)开腔，将电动精密二维可移动平台4侧面用螺丝固定在束源腔底面，将电动精密旋转台3底面用螺丝固定在电动精密二维移动平台Y移动面5上，将底座2用螺丝固定在电动精密旋转台3可旋转面，将L型支架1用螺丝固定在支架底座2上，垂直方向安装(沿Y轴方向安装)超声射流脉冲阀7和点光源红外线激光***8。
(2)移动L型支架1和电动精密二维移动平台侧面确定超声射流脉冲阀7位置后固定L型支架1，将垂直方向定位光电二极管9外接示波器，打开点光源红外线激光***8找到垂直方向定位光电二极管9位置后固定。
(3)通过电机控制器控制电动精密旋转台3将超声射流脉冲阀7转动到水平方向，调节电动精密二维移动平台Y移动面5使束源从准直器10中心通过，调节电动精密二维移动平台X移动面6固定超声射流脉冲阀7和准直器10沿X轴方向的距离，记录电动精密二维移动平台在两个方向上调节的距离，打开点光源红外线激光***8找到水平定位光电二极管11位置后固定。
(4)关闭真空束源腔腔体抽真空至10-7～10-8Torr。
(5)光电二极管外接示波器，通过电机控制器控制电动精密旋转台3将束源转动到垂直安装方向，根据首次开腔时记录的数据调节电动精密二维移动平台4，观察示波器信号确定点光源红外线激光***8激光是否打在垂直定位光电二极管9上完成定位，实现束源从水平安装方向到垂直安装方向的可逆操作。
(6)打开探测器和超声射流脉冲阀7采集实验信号。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种在真空束源腔中精密调节束源方向和位置的束源操纵装置，其特征在于，所述装置位于真空束源腔中，所述装置包括：L型支架(1)、支架底座(2)、电动精密旋转台(3)、电动精密二维移动平台(4)、超声射流脉冲阀(7)、点光源红外线激光***(8)、垂直定位光电二极管(9)、准直器(10)和水平定位光电二极管(11)；电动精密二维移动平台(4)包括Y移动面(5)和X移动面(6)；
超声射流脉冲阀(7)用于产生反应物分子束或者母体分子束，固定在L型支架(1)上，L型支架(1)固定在支架底座(2)上，支架底座(2)固定在电动精密旋转台(3)旋转面上，实现对束源转动角度的调节；电动精密旋转台(3)通过底面固定在电动精密二维移动平台Y移动面(5)上，可以在改变束源方向后调节束源到准直器(10)沿Y轴方向的距离；电动精密二维移动平台Y移动面(5)可以带动X移动面(6)在X轴方向移动，实现对束源到准直器(10)沿X轴方向距离的调节；电动精密二维移动平台(4)通过侧面固定在真空束源腔的腔体底面，保证超声射流脉冲阀(7)的位置和方向只在XY平面内变化；点光源红外线激光***(8)固定在L型支架(1)上，激光方向和束源方向平行；垂直定位光电二极管(9)固定在束源腔顶面，通过初次开腔定位使其中心和点光源红外线激光***(8)中心的连线平行于超声射流脉冲阀(7)垂直安装(沿Y轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由水平方向转动到垂直方向时的定位；水平定位光电二极管(11)和准直器(10)安装在同一腔面，通过开腔定位使其中心和点光源红外线激光定位(8)中心的连线平行于超声射流脉冲阀(7)水平安装(沿X轴方向安装)时的束源方向，实现束源方向由垂直方向转动到水平方向时的定位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在改变束源方向和位置的过程中，超声射流脉冲阀(7)保持在XY平面内，所以不需要调节超声射流脉冲阀(7)在Z轴方向的位置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，L型支架(1)中心挖空，通过螺丝固定在支架底座(2)上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，支架底座(2)做成多孔状。
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