基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置制造方法
【专利摘要】基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括束流传输线和光学成像系统，束流传输线分成轴对称分布的前半段和后半段，所述光学成像系统位于束流传输线末端，所述前半段的传输矩阵为六阶矩阵A：传输矩阵A满足色散消除条件：A12=0、A26=0、A21=0、A34=0、A43=0；前、后下标分别表示该元素所在的行、列。本实用新型的有益效果是：利用偏转磁铁和四极磁铁组成消色散成像系统，形成了聚焦成像的功能，同时在能量甄别平面上设置能量准直器，通过带电粒子的能量损失形成图像的对比度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及带电粒子照相技术，具体地，涉及一种基于能量损失聚焦成像的 带电粒子照相装置。 基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置
【背景技术】
[0002] 带电粒子照相是一种透视照相技术。利用准单能带电粒子束穿过样品以获得图 像，进而获取被照样品样品内部的密度、空隙等需要关注的信息。
[0003] 带电粒子照相可以有两种形式，第一种是直接透视照相，第二种是采用电磁透镜 聚焦的透视照相。采用聚焦透镜可以提高图像的分辨率，本实用新型仅涉及第二种照相方 式。
[0004] 聚焦电磁透镜也有两种形式，第一种是轴对称结构的，第二种是非轴对称结构的。 轴对称结构电磁透镜的聚焦作用比较弱，只能使用能量较低的粒子，对较薄的样品进行照 相。非轴对称结构的聚焦电磁透镜可以形成高得多的聚焦作用，从而适用于厚样品的照相。 本实用新型仅涉及非轴对称结构的聚焦透镜。
[0005] 带电粒子在样品中运动时，受到样品物质原子的作用，会形成三种效应，分别是粒 子数量减小，粒子角度散射，粒子能量损失。在照相时，这些效应都会对获得的图像造成影 响，也就是携带了样品内部的信息。
[0006] 在目前常用的非轴对称的聚焦磁透镜中，可以利用粒子数量减小的信息形成图像 的对比度，也可以利用粒子角度散射的信息形成图像的对比度。但对于粒子能量损失的信 息，不但不能加以利用，反而是形成图像模糊度的主要因素，严重影响所获得图像的质量。 实用新型内容
[0007] 为克服现有的带电粒子成像技术不能利用粒子能量损失，造成图像模糊，成像质 量差的技术缺陷，本实用新型提供一种基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置。
[0008] 本实用新型所述的基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括束流传输线 和光学成像系统，其特征在于，束流传输线分成轴对称分布的前半段和后半段，所述光学成 像系统位于束流传输线末端；所述前半段由包括能量准直器的第二聚焦段，位于第二聚焦 段前、后的第一聚焦段和第三聚焦段组成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之间、第二聚焦段 和第三聚焦段之间分别设置有第一偏转磁铁和第二偏转磁铁，所述前半段的传输矩阵为六 阶矩阵A :
[0009] 传输矩阵A满足色散消除条件：412=0、426=0、4 21=0、434=0、八43=0;前、后下标分别表 示该元素所在的行、列。
[0010] 具体的，通过在各个聚焦段设置四极磁铁使得传输矩阵A满足色散消除条件。 [0011] 具体的，所述能量准直器由两块平行金属板组成。
[0012] 具体的，所述光学成像系统由光电转换屏和C⑶相机组成
[0013] 本实用新型的有益效果是：利用偏转磁铁和四极磁铁组成消色散成像系统，形成 了聚焦成像的功能，同时在能量甄别平面上设置能量准直器，通过带电粒子的能量损失形 成图像的对比度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型所述带电粒子照相装置的一种【具体实施方式】示意图；
[0015] 图2是本实用新型所述能量准直器的结构示意图；
[0016] 图3是经典的消色散结构示意图；
[0017] 图4是本实用新型所述35Mev质子入射实施例标准能量（即35MeV)情况下粒子 在能量准直器位置的分布情况；
[0018] 图5是本实用新型所述35Mev质子入射实施例能量具有2%的偏差时粒子在能量 准直器位置的分布情况；
[0019] 附图中标记及相应的零部件名称：1-偏转磁铁，2-散焦四极磁铁，3-聚焦四极磁 铁，4-第一聚焦段，5-第二聚焦段，6-第三聚焦段，7-前、后半段的几何对称轴，8-能量准直 器，9-带电粒子束源，10-被照样品，11-电光转换屏，12-CXD相机，13-粒子传输轨迹。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的 实施方式不限于此。
[0021] 本实用新型所述基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括电子成像系 统，其特征在于，还包括成轴对称分布的前半段和后半段，所述电子成像系统位于后半段末 端；所述前半段由包括能量准直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦段和第 三聚焦段组成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之间、第二聚焦段和第三聚焦段之间分别设 置有第一偏转磁铁和第二偏转磁铁，所述前半段的传输矩阵为：
[0022]
【权利要求】
1. 基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括束流传输线和光学成像系统，其 特征在于，束流传输线分成轴对称分布的前半段和后半段，所述光学成像系统位于束流传 输线末端；所述前半段由包括能量准直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦 段和第三聚焦段组成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之间、第二聚焦段和第三聚焦段之间 分别设置有第一偏转磁铁和第二偏转磁铁，所述前半段的传输矩阵为六阶矩阵A : 传输矩阵A满足色散消除条件:412=0、426=0、421=0、4 34=0、八43=0;前、后下标分别表示该 元素所在的行、列；通过在各个聚焦段设置四极磁铁使得传输矩阵A满足色散消除条件。
2. 根据权利要求1所述的基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，其特征在于， 所述能量准直器由两块平行金属板组成。
3. 根据权利要求1所述的基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，其特征在于， 所述光学成像系统由光电转换屏和CCD相机组成。
【文档编号】G01N23/00GK203849186SQ201420238451
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】杨国君, 魏涛, 张卓, 李一丁, 张小丁, 江孝国, 石金水 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所