一种用于研究负离子体系的光电子成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微观化学反应动力学领域，具体地说是一种用于研究负离子体系结构及其激发态的光电子成像装置，可以完成对负离子体系脱附能以及负离子激发态动力学信息直观的成像探测。
【背景技术】
[0002]微观化学反应动力学目的旨在原子与分子水平上探究化学反应是如何进行的，光化学反应作为微观化学反应动力学的一个重要分支方向可以帮助人们更加详细的理解基元的一些物理化学性质，从而为实现真正在原子与分子水平上理解化学反应的进行提供重要的帮助。负离子体系作为一种自然界普遍存在的物质形式，其广泛参与着自然界中诸多的物理化学和相关的生命过程。以最为常见的贵金属及其团簇负离子为例，研究它们的物理化学性质对于深入理解负离子催化反应过程，探究金属表面解吸附过程等均发挥着重要的作用。
[0003]随着对于负离子体系的研究的逐渐深入，越来越多的高精度的实验方法被发展而来研究此类体系的相关的物理化学性质。在众多的实验手段中，目前为止最为常见的研究手段主要包括如下几种，分别是质谱技术、红外光谱技术以及光电子能谱技术。其中，质谱技术具有很高的灵敏度，并且可以帮助我们获得体系的质量分布情况。但是，质谱技术很难区分具有相同荷质比的负离子，比如同分异构体，当然，也无法获悉体系的相应的结构信息。利用红外光谱技术可以比较好的获得体系的量子态信息，比如振动模式等相应于体系结构的信息，不过对于电子激发态所体现出来的一些动力学信息却是无能为力。光电子能谱技术具有非常之高的分辨率，可以非常方便的获得负离子体系的电子能级和电子脱附能方面的信息。并且近年来，随着研究的深入，作为光电子能谱技术的一种改良技术，光电子成像技术得到了较快的发展，尤其是随着速度聚焦技术的引入，大大提高了光电子成像技术的分辨率，从而使其在负离子研究领域得到了愈发广泛的应用。但是，尽管具有上述众多的优点，对于结构较为复杂的负离子体系，光电子能谱技术仍然具有很大的局限性，尤其在结构信息的获取方面。同时，光电子能谱技术对于负离子体系的动力学信息仍然是不能直接探测的。
[0004]目前，超快飞秒激光技术得到了迅速的发展，并且其相应的商品化产品已经出现。同时，离子源产生技术经过多年的发展，也已经可以得到非常稳定的束源。在电子控制方面，相应的高速开关技术目前业已是比较成熟的技术。综合上述种种的客观因素，我们认为在超快时间范围内研究负离子体系的激发态动力学信息已经成为可能。
【发明内容】
[0005]本发明是鉴于以上的事实而做出的，其目的在于提供一种用于研究负离子体系的光电子成像装置；
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所示:
[0007]—种用于研究负离子体系的光电子成像装置，包括:
[0008](a)飞秒激光系统可以产生用于对负离子进行研究所使用的超短激光脉冲基频光;
[0009](b)光路变换单元对上述飞秒激光系统所产生的超短激光脉冲基频光进行光参量变换，得到不同波长的超短激光脉冲；
[0010](c)纳秒激光溅射负离子源产生原子负离子以及团簇负离子；
[0011](d)真空系统采用三级真空系统；
[0012](e)离子束加速与准直单元对上述纳秒激光溅射负离子源所产生的负离子进行加速以及整形，形成负离子束源；
[0013](f)离子质量选取单元根据上述负离子束源的成分，筛选出纳秒激光溅射负离子源产生的单一负离子成分；
[0014](g)光电子速度聚焦电极单元将上述经过筛选出单一的负离子束源光脱附后所产生的电子进行速度聚焦；
[0015](h)外磁场屏蔽单元屏蔽外界电磁场对电子在无场飞行过程中造成的干扰；
[0016](i)电子成像探测器单元对经过速度聚焦后的电子进行信号放大并进行成像；
[0017](j)图像采集单元对上述电子成像探测器单元所成的图像进行采集。
[0018]进一步地，飞秒激光系统可以产生超短激光脉冲。上述超短激光脉冲宽度可以是10飞秒至1000飞秒，频率在10赫兹至1000赫兹，光谱中心在810纳米，光谱宽度为5纳米至70纳米。
[0019]进一步地，光路变换单元可以将上述飞秒激光系统产生的超短激光脉冲进行频率转换；光路I采用二倍频晶体和三倍频晶体，通过光路I可以得到由飞秒激光系统产生的超短激光脉冲的原始光波长，即基频光；中心波长在810(±30)纳米，二倍频光中心波长在405 (±20)纳米，三倍频光中心波长在270 (±10)纳米；光路2中利用光参量放大器对基频光进行光参量变换，可以得到连续可调的超短激光脉冲，波长范围在490纳米至2300纳米。
[0020]进一步地，光路变换单元中光路I通过步进电极控制的精密延迟平台，结合光路2可以形成时间分辨的光路系统。延迟平台的单步移动距离可以在0.3微米至300微米，则光路变换单元的时间分辨本领在2飞秒至2000飞秒之间。
[0021 ] 进一步地，纳秒激光溅射负离子源包括溅射激光系统，载气系统，溅射腔室；
[0022]上述溅射激光系统可以为连续激光和脉冲激光，波长可以是260纳米至1064纳米;
[0023]上述载气系统可以为0.01兆帕至3.00兆帕压强范围的惰性气体，混合惰性气体，也可以是载有甲醇、乙醇、乙腈等有机溶剂的惰性气体，还可以是氮气、氧气等小分子气体中的一种或多种；
[0024]上述溅射腔室中装有溅射靶材，并装配有脉冲阀装置；
[0025]上述纳秒激光溅射负离子源产生负离子的过程为，激光溅射系统溅射放置于溅射腔室中的溅射靶材，产生等离子体，该等离子体被从脉冲阀喷射出的载气束源冷却，并形成低温的负离子混合物。
[0026]进一步地，真空系统由三级真空腔体组成，每级真空腔体均由一组真空泵组对其进行真空抽取。上述真空泵组采用机械泵加分子泵组合，利用机械泵对真空腔体进行粗抽，而后由分子泵对真空腔体进行精抽，从而达到较高的真空环境，所述真空环境〈10_4帕。
[0027]上述真空系统在纳秒激光溅射负离子源未工作时，真空度低于10_4帕。当纳秒激光溅射负离子源工作时真空度低于10_3帕。
[0028]上述真空系统中包括第一级腔室、第二级腔室和第三级腔室；所述第一级腔室包括纳秒激光溅射离子源和离子束加速与准直单元称之为束源室；第二级腔室包括离子质量选取单元称之为选质量室；第三级腔室包括光电子速度聚焦电极单元、外磁场屏蔽单元和电子成像探测器单元称之为脱附室。
[0029]上述真空系统中第二级腔室和第三级腔室之间通过隔离锥连通，隔离锥为一有中心开口的锥形体，中心孔径0.5毫米至5毫米，隔离锥的立体角度为10度为150度，锥尖方向指向第二级腔室。
[0030]进一步地，离子束加速与准直单元包括用于离子束加速的电极片组、用于准直的偏转电极组以及用于对离子束收束的收束电极组。
[0031]上述离子束加速与准直单元的用于离子束加速的电极片组，电极片数量为3至50片，第一片电极为圆形或者矩形片状电极，第二片至最后一片为圆形或者矩形环状电极，第一片电极与第二片电极之间的距离为3毫米至30毫米，第二片电极之后至最后一片电极之间的距离为2-20毫米。
[0032]上述离子束加速与准直单元的用于准直的偏转电极组由两组处于水平和垂直方向的平行电极片组成。
[0033]上述离子束加速与准直单元的用于对离子束收束的收束电极组有3个圆筒状的电极组成，圆筒电极内径5毫米至30毫米，外径8毫米至40毫米。
[0034]进一步地，离子质量选取单元包括离子质量选取电极组和离子聚焦电极组。离子质量选取电极组由三片栅网电极组成，栅网电极中心为金属栅网，周围是环形电极片，中间栅网的离子透过率在30%至96%，环形电极片可以是圆形或者矩形。离子聚焦电极组由3个圆筒状的电极组成，圆筒电极内径5毫米至30毫米，外径8毫米至40毫米。
[0035]进一步地，光电子速度聚焦电极单元采用三片圆环电极组成:这三片圆环电极的外径为60毫米至200毫米，第一片电极中心开空直径在0.5毫米至5毫米，第二片电极中心开孔在5毫米至50毫米，第三片电极中心开孔在5毫米至50毫米。上述三片电极之间的间距在5至50毫米。
[0036]上述光电子速度聚焦电极单元在施加不