CN114121592A - 真空光源 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种真空光源，其特征在于，包括：光源，用于发射光；导光装置，用于与所述光源连接，包括：导光管，用于提供所述光源发射的光的传输通道；密封件，设置在所述导光管上，用于真空密封连接；以及透镜组件，与所述导光管密封连接。

Description

真空光源

技术领域

本公开涉及真空光源技术领域，特别涉及一种真空光源。

背景技术

质谱分析是通过对被测样品离子质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，形成各种质荷比(M/Q)的离子，然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度，从而确定被测物质的分子量和结构。通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。质谱仪目前已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域，按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪。

电离技术是质谱分析的前提，样品只有被电离之后才能被质谱检测到，电离技术可分为硬电离和软电离。传统的有机质谱仪使用的电子轰击电离(EI)是一种硬电离技术，以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化，但是由于电子能量过高，离化过程容易产生较多的碎片，产生过多不必要的离子峰，对后续的分析带来较大难度，干扰分析的准确度。于是化学电离(CI)、电喷雾电离(ESI)、基质辅助激光解吸电离(MALDI)等软电离技术纷纷出现。与硬电离相比，软电离产生的碎片离子很少，适用于易破裂或易电离的样品，对质谱学的发展有很大影响。其中大多数的分子和自由基的电离能在10eV左右，位于光的真空紫外波段，因此可以通过让分子吸收单个真空紫外光子能量的方式使其在电离能附近电离。这种过程属于软电离，无需任何基质，能直接电离几乎所有的有机大分子而不产生碎片，且无需样品前处理。光电离质谱可以覆盖极性与非极性、大质量与小质量有机分子，且谱图干净易于分析，因此该项技术既具有普适性。

目前常用的光电离源包括真空紫外灯、真空紫外激光和同步辐射光源等。其中同步辐射光源是一种利用相对论性电子(或正电子)在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能强光光源，具有宽波段、高准直、高亮度、窄脉冲等优点。但是其结构极其复杂、体积庞大，造价昂贵，通常作为国家级大科学装置，由国家的力量兴建、运营。由于机时有限，用户根据研究需要递交申请材料，预约时间才能使用同步辐射光源产生的光束线。目前的同步辐射光源还无法满足广大科研工作者对于高亮度深紫外光子源日益增加的使用需求。

真空紫外激光主要利用激光轰击样品产生离子。主要使用的激光光源有Nd:YAG激光(1064nm)以及其四倍频和五倍频，ArF准分子激光(193nm)。真空紫外激光具有单色性好，方向性好，亮度高等特点，但安装复杂出光难度高，需要定期维护否则光路会失谐。特别是真空紫外激光一般在真空外产生，将其引入真空腔内时不可避免得会损失大部分光强。

此外，真空紫外光源或其他真空光源广泛应用于生产、科研等诸多领域。需要一种可靠、高效的真空光源。

发明内容

本公开提供了一种真空光源，其特征在于，包括：光源，用于发射光；导光装置，用于与光源连接，包括：导光管，用于提供光源发射的光的传输通道；密封件，设置在导光管上，用于真空密封连接；以及透镜组件，与导光管密封连接。

在一些实施例中，透镜组件，包括：第一透镜，与导光管密封连接。

在一些实施例中，透镜组件还包括：延长管，与导光管连接；以及第二透镜，与延长管连接，延长管设置在第一透镜和第二透镜之间。

在一些实施例中，透镜组件还包括：第一密封圈，设置在第一透镜上，用于将第一透镜与导光管密封连接；以及锁紧环，用于将第一透镜安装在导光管上。

在一些实施例中，透镜组件还包括：第二密封圈，设置在第二透镜上，用于将第二透镜与延长管密封连接；以及密封盖，用于将第二透镜安装在延长管上。

在一些实施例中，真空光源还包括调节装置，与导光装置连接，用于调整导光装置的延伸距离和/或延伸角度。

在一些实施例中，调节装置包括：固定法兰，与密封件固定连接；调节法兰，用于真空密封连接；波纹管，与固定法兰和调节法兰固定密封连接并套设在导光管外；至少一个调节螺杆组件，穿设在固定法兰和调节法兰上，用于调整导光装置的延伸距离和/或延伸角度。

在一些实施例中，调节法兰包括刀口结构，用于真空密封连接，至少一个调节螺杆组件设置在刀口结构外侧。

在一些实施例中，真空光源还包括：差分腔，设置在光源和导光装置之间，包括：第一窗口，与光源密封连接；以及第二窗口，与导光装置密封连接。

在一些实施例中，差分腔还包括：第三窗口，用于连接真空泵。

在一些实施例中，真空光源还包括：光传输管，与光源的输出端耦合，用于向透镜组件传输光。

在一些实施例中，光源包括：射频聚焦激励装置，用于形成射频电场；以及离子保持器，用于在射频电场的作用下发射紫外光。

在一些实施例中，离子保持器包括输出腔体，输出腔体的末端为紫外光源的输出端。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本公开一些实施例的有机质谱深紫外光源的结构示意图；

图2示出根据本公开一些实施例的有机质谱深紫外光源的剖面示意图；

图3示出根据本公开一些实施例的有机质谱深紫外光源的结构***图；

图4示出根据本公开一些实施例的导光装置的结构示意图；

图5示出根据本公开一些实施例的透镜组件的结构示意图；

图6示出根据本公开一些实施例的紫外光源的结构示意图；

图7示出根据本公开一些实施例的离子保持器的结构示意图。

在上述附图中，各附图标记分别表示：

100真空光源

110光源

111射频聚焦激励装置

112离子保持器

1121保持腔体

1122保持器基座

1123气体入口

120导光装置

121导光管

122密封件

123透镜组件

1231第一透镜

1233第一密封圈

1235第一特氟龙圈

1236过渡环

1237锁紧环

1238密封盖

1234延长管

130调节装置

131固定法兰

132调节法兰

133波纹管

134螺杆组件

135螺母

140差分腔

141第一窗口

142第二窗口

143第三窗口

150光传输管

具体实施方式

下面将结合附图对本公开一些实施例进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的一些实施例中，公开一种真空光源，包括：光源，用于发射光；以及导光装置，用于与光源连接。导光装置可以包括：导光管，提供光源发射的光的传输通道；密封件，设置在导光管上，用于真空密封连接；以及透镜组件，与导光管密封连接。

根据本公开一些实施例的真空光源能够带来有益的技术效果。例如，本公开一些实施例的真空光源可以是有机质谱深紫外光源，能够解决常规技术中同步辐射光源结构极其复杂、体积庞大，造价昂贵等问题，还可以解决现有真空紫外激光安装复杂、出光难度高、需要定期维护否则造成光路失谐以及真空紫外激光一般在真空外产生等问题。当前技术中将真空腔外发出的光引入真空腔内时不可避免得会损失大部分光强，但本公开一些实施例能够高效传导光，减小损失。在本公开一些实施例中，能够实现分隔真空腔与光源，避免其相互污染、延长光源工作距离。此外，将光聚焦为小光斑传输至电离区域内，能够提高光子利用率，设备安装简单、维修方便。

图1示出根据本公开一些实施例的真空光源100的结构示意图。图2示出根据本公开一些实施例的真空光源100的剖面示意图。图3示出根据本公开一些实施例的真空光源100的结构***图。本领域技术人员可以理解，有机质谱深紫外光源仅仅是示例性的。类似地，真空光源100还可以是其他类型的真空光源，例如真空可见光源、真空红外光源等等。

如图1～3所示，本公开提供了一种真空光源(例如，有机质谱深紫外光源)100，包括：用于发射光的光源110，和用于与光源110连接的导光装置120。

图4示出根据本公开一些实施例的导光装置120的结构示意图。

如图4所示，本公开的导光装置120包括导光管121、密封件122以及透镜组件123。导光管121可以提供光源110发射的光的传输通道。导光管121可以安装在真空腔内，以便于光源110发射的光向真空腔内传输。密封件122设置在导光管上，能够用于真空密封连接。例如，密封件122可以密封连接到真空腔上，和/或连接到差分腔140上(如图1-3所示)。透镜组件123可以与导光管密封连接。例如，透镜组件123可以与导光管的一端密封连接或者密封连接到导光管内，将导光管内的真空气氛与真空腔内的真空气氛隔离开。

图5示出根据本公开一些实施例的透镜组件123的结构示意图。

如图5所示，在本公开的一些实施例中，透镜组件123可以包括第一透镜1231，第一透镜1231与导光管121密封连接。例如，如图5所示，第一透镜1231设置在导光管121的左端。在一些实施例中，第一透镜1231是平凸透镜。

如图4所示，在本公开的一些实施例中，透镜组件123还可以包括与导光管121连接的延长管1234。

在本公开的一些实施例中，透镜组件123还可以包括第二透镜(未示出)，第二透镜与延长管1234连接，例如，可以密封连接或者非密封连接。延长管1234可以设置在第一透镜1231和第二透镜之间。延长管1234的长度可以用于调节第一透镜1231与第二透镜之间的距离。在一些实施例中，第二透镜是平凸透镜，并且第一透镜1231与第二透镜的平表面相对设置。

本领域技术人员可以理解，透镜组件123还可以包括其他器件，以对光源110发射的光进行处理，例如聚焦、准直、过滤等。其他器件可以包括附加透镜、棱镜、滤光器、开关、波导等。

在本公开的一些实施例中，透镜组件123还可以包括第一密封圈1233，设置在第一透镜1231上，用于将第一透镜1231与导光管121密封连接。透镜组件123还可以包括锁紧环1237，用于将第一透镜安装在导光管上。

如图5所示，第一密封圈1233、第一透镜1231、第一特氟龙圈1235、第一过渡环1236以及锁紧环1237依次安装在导光管121左端。锁紧环1237上设置有螺纹能够与导光管121内壁的螺纹相配合锁紧，将第一透镜1231固定在导光管121上。第一密封圈1233可以为耐高温橡胶圈，具有密封作用，能够使第一透镜1231与导光管121密封连接，从而将真空腔与光源110完全隔开，防止光源110与真空腔相互污染。第一透镜1231位于第一密封圈1233与第一特氟龙圈1235之间，能够用于防止第一透镜1231表面损坏，从而影响光传输。第一过渡环1236位于第一特氟龙圈1235和锁紧环1237之间，能够防止在锁紧时第一特氟龙圈1235损坏或移位。

在本公开的一些实施例中，透镜组件123还可以包括第二密封圈，设置在第二透镜上，用于将第二透镜与延长管1234密封连接。透镜组件123还可以包括密封盖1238，用于将第二透镜安装在延长管1234上。

如图4所示，密封盖1238安装在延长管1234的端部，整体呈锥台状，第二透镜通过第二密封圈和密封盖1238密封安装在延长管1234上，安装方式与第一透镜1232的安装方式类似，在此不再赘述。第一透镜1231和第二透镜构成的光学***能够用于缩小光斑，满足不同的实验需求，同时也提高光子的利用效率。而且，通过改变第一透镜1231和第二透镜的参数，也可以改变光源110的工作距离。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开的实施例中使用了第一透镜1231和第二透镜的密封连接分隔光源110和真空腔，且对光源110发出的光进行聚焦，但是，这只是本公开的一个实施例，在实际应用中，仅使用第一透镜1231也可以实现分隔光源110和真空腔，且对光源110发出的光进行聚焦的技术效果。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开实施例中的第一密封圈1233为耐高温橡胶圈，但也可以使用任何能够密封的材料。相应地，本领域技术人员可以理解，虽然本公开的实施例中采用依次安装第一密封圈1233、第一透镜1231、第一特氟龙圈1235、第一过渡环1236以及锁紧环1237的安装方式，使得第一透镜1231与导光管121密封连接，但是也可以采用其他安装方法使第一透镜1231与导光管121密封连接。

在一些实施例中，延长管1234两端均具有螺纹，一端与导光管121的螺纹相配合，另一端与密封盖1238的螺纹相配合，可拆卸安装在导光管121与密封盖1238之间。延长管1234的长度可以在20mm～200mm之间，能够实现第一透镜1231与第二透镜之间多种长度的变化，以适应不同体积的真空腔。

本领域技术人员应当理解，虽然本公开的实施例中延长管1234与导光管121和密封盖1238之间是通过螺纹可拆卸连接，但是，延长管1234也可以与导光管121和密封盖1238通过插接、卡接等连接方式可拆卸连接。

在本公开的一些实施例中，真空光源100还包括调节装置130。调节装置130与导光装置120连接，可以用于调整导光装置121的延伸距离或延伸角度。本公开的实施例中以密封盖1238的端部在真空腔内向前延伸的距离为延伸距离，以导光装置121传导的光(例如，沿密封盖1238的端部延长线方向传输)在真空腔坐标系下的角度为延伸角度。

调节装置130可以包括固定法兰131、调节法兰132以及波纹管133。固定法兰131与密封件122固定连接。调节法兰132用于真空密封连接，例如与真空腔真空密封连接。波纹管133与固定法兰131和调节法兰132固定密封连接并套设在导光管121外。

调节装置130可以包括至少一个调节螺杆组件134。调节螺杆组件134穿设在固定法兰131和调节法兰132上，用于调整导光装置120的延伸距离和/或延伸角度。如图1或图3所示，固定法兰131和调节法兰132之间通过至少三根螺杆组件134固定在一起。例如，螺杆组件134可以包括带螺纹的螺杆，通过旋转螺杆，调整固定法兰131和调节法兰132之间的距离和角度。再例如，螺杆组件134可以包括螺杆和与螺杆配合的螺母135，通过旋转螺母调整固定法兰131和调节法兰132之间的距离和角度。波纹管133一端固定连接在固定法兰131上，另一端固定在调节法兰132上。在一些实施例中，调节法兰132可以包括刀口结构，用于真空密封连接。至少一个调节螺杆组件134可以设置在刀口结构外侧，以保持在真空腔外，便于使用过程中进行调节。

如图1-3所示，调节装置130套设在导光管121上，导光管121穿设在波纹管133内，固定法兰131固定在密封件122上，调节法兰132与真空腔的窗口密封连接。通过松脱调节法兰132上的三个螺母，使得固定法兰131以及与固定法兰131连接的光源110能够偏转或线性移动，从而调整真空光源100的延伸距离和延伸角度。在质谱的实施例中，可以通过调节装置130调整真空光源100的延伸距离和延伸角度，提高质谱成像效果。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开的实施例中使用三个螺母和螺杆固定调节法兰132与固定法兰131，但是，可以使用两个或三个以上的的螺杆组件来固定调节法兰132与固定法兰131。

在本公开的一些实施例中，真空光源100还包括差分腔140。差分腔140设置在光源110与导光装置120之间，包括：与光源110密封连接的第一窗口141以及与导光装置120密封连接的第二窗口142。

在本公开的一些实施例中，差分腔140还可以包括第三窗口143，可以用于连接真空泵，从而保证光源110与差分腔140以及密封件122和第一透镜1231之间的真空气氛。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开的实施例中包括差分腔140，但这只是本公开的一个示例性实施方式，在实际应用中，光源110可以直接与导光装置120的密封件122密封连接。

在本公开的一些实施例中，真空光源100还可以包括光传输管150，与光源110的输出端耦合，可以用于向透镜组件123导光。在一些实施例中，光传输管150可以包括波导，例如光纤。光传输管150可以在差分腔140内延伸，而且可以延伸穿过差分腔140，进入导光管121，如图1-3所示。

图6示出根据本公开一些实施例的紫外光源110的结构示意图。如图6所示，在本公开的一些实施例中，光源110包括：射频聚焦激励装置111，可以用于形成射频电场；以及离子保持器112，可以用于在射频电场的作用下发射紫外光。

本领域技术人员可以理解，虽然图6中示出的射频聚焦激励装置111外壳为圆柱状，但是射频聚焦激励装置111的外壳也可以为截面为正方形、矩形或多边形等的筒状结构。

图7示出根据本公开一些实施例的离子保持器112的结构示意图。如图7所示，在本公开的一些实施例中，离子保持器112包括保持腔体1121，保持腔体1121的末端为光源110的输出端。

离子保持器112还包括保持器基座1122和气体入口1123。保持器基座1122一侧与射频聚焦激励装置111连接，另一侧与密封件122或差分腔140的第一窗口连接。保持腔体1121安装在与射频聚焦激励装置111连接的一侧上，且置于射频聚焦激励装置111内。工作气体从气体入口1123进入保持腔体1121并沿光传输管150分布，射频聚焦激励装置111能在局部空间内形成高密度的射频电场，工作气体在射频聚焦激励装置111的作用下成为等离子体并发出紫外光线。

真空光源100，例如有机质谱深紫外光源100，使用射频聚焦激励装置111进行等离子激励的方式提高了光强，并通过光传输管150延长光源110的工作距离，并通过第一透镜1231和第二透镜组成的光学***将紫外光聚焦为小光斑传输进真空腔，能够有效提高光子的利用效率。真空光源100各结构之间均采用可拆卸连接方便更换维修，且大部分结构位于真空腔外，维修时不必破真空，减少维修时间和成本。

需要指出的是，以上仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种真空光源，其特征在于，包括：

光源，用于发射光；

导光装置，用于与所述光源连接，包括：

导光管，用于提供所述光源发射的光的传输通道；

密封件，设置在所述导光管上，用于真空密封连接；以及

透镜组件，与所述导光管密封连接。

2.根据权利要求1所述的真空光源，其特征在于，所述透镜组件，包括：

第一透镜，与所述导光管密封连接。

3.根据权利要求2所述的真空光源，其特征在于，所述透镜组件还包括：

延长管，与所述导光管连接；以及

第二透镜，与所述延长管连接，所述延长管设置在所述第一透镜和所述第二透镜之间。

4.根据权利要求2所述的真空光源，其特征在于，所述透镜组件还包括：

第一密封圈，设置在所述第一透镜上，用于将所述第一透镜与所述导光管密封连接；以及

锁紧环，用于将所述第一透镜安装在所述导光管上。

5.根据权利要求3所述的真空光源，其特征在于，所述透镜组件还包括：

第二密封圈，设置在所述第二透镜上，用于将所述第二透镜与所述延长管密封连接；以及

密封盖，用于将所述第二透镜安装在所述延长管上。

6.根据权利要求1所述的真空光源，其特征在于，还包括：

调节装置，与所述导光装置连接，用于调整所述导光装置的延伸距离和/或延伸角度。

7.根据权利要求6所述的真空光源，其特征在于，所述调节装置包括：

固定法兰，与所述密封件固定连接；

调节法兰，用于真空密封连接；

波纹管，与所述固定法兰和所述调节法兰固定密封连接并套设在所述导光管外；

至少一个调节螺杆组件，穿设在所述固定法兰和调节法兰上，用于调整所述导光装置的延伸距离和/或延伸角度。

8.根据权利要求7所述的真空光源，其特征在于，所述调节法兰包括刀口结构，用于真空密封连接，所述至少一个调节螺杆组件设置在所述刀口结构外侧。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的真空光源，其特征在于，还包括：

差分腔，设置在所述光源和所述导光装置之间，包括：

第一窗口，与所述光源密封连接；以及

第二窗口，与所述导光装置密封连接。

10.根据权利要求9所述的真空光源，其特征在于，所述差分腔还包括：

第三窗口，用于连接真空泵。

11.根据权利要求9所述的真空光源，其特征在于，还包括：

光传输管，与所述光源的输出端耦合，用于向所述透镜组件传输光。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的真空光源，其特征在于，所述光源包括：

射频聚焦激励装置，用于形成射频电场；以及

离子保持器，用于在所述射频电场的作用下发射紫外光。

13.根据权利要求12所述的真空光源，其特征在于，所述离子保持器包括输出腔体，所述输出腔体的末端为所述紫外光源的输出端。

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