一种背散射电子闪烁体探测器装置及探测方法

本发明涉及电子光学成像，尤其涉及一种背散射电子闪烁体探测器装置及探测方法。

背景技术：

1、真空电子束加工技术借助于独特的传热机制以及纯净的加工环境，使之与其他特种加工方式相比具有能量密度大、工件纯洁度高、工艺适应性强等特点。

2、在目前电子束焊接过程中通常采用的是光学成像系统对焊接过程及焊接参数进行控制，光学观察系统具有单独照明的透镜系统和可移动的棱镜或平面镜，由光源发出的光线经过棱镜或平面镜折射到工件表面，再经过另一端的棱镜或平面镜经过光学系统传送至目镜和监视器来实现束斑控制和参数调节。在设备工作一段时间后，光路被金属蒸汽严重污染使得观测效果降低，并且电子束焊接过程中产生的金属蒸汽或飞溅的金属液很溶体损坏观察系统的光学镜片，需要定期进行清洗和保养，大大影响了生产效率。

3、电子光学成像是一种独特的用于监测电子束加工过程的技术，电子光学成像通过一束经过聚焦的电子束扫描加工样品，然后利用小束流电子束逐点扫描电子束加工区域表面，采集电子与样品作用过程中产生的携带形貌信息的二次电子和背散射电子等电信号，将其按照扫描点序排列成二维灰度图像，该图像即可反映扫描区域的形貌信息。

4、但是目前在电子束加工过程的电子光学成像探测器多采用金属板探测器，由于电子束加工过程处于存在高频电源、高频电压、工业噪声等复杂环境下，金属板探测器在使用中同样会将环境中存在的干扰信号同步采集，对细微形貌特征带来的信号变化会产生较大的影响，导致电子光学图像观测效果不够理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种背散射电子闪烁体探测器装置及方法，旨在提供一种具有良好信噪比、响应时间快速、抗电子干扰性强的背散射电子探测器，提高对样品检测的成像效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种背散射电子闪烁体探测器装置，包括背散射电子接收传感器、光学聚光组、光学传输组、光电转化系统和探测器保护机构，所述探测器保护机构包括探测器保护套筒和闪烁体端面光传输保护套筒，所述闪烁体端面光传输保护套筒、所述光学聚光组和所述光学传输组均设置在所述探测器保护套筒内，所述光电转化系统与所述光学传输组的一端连接并独立在所述探测器保护机构外；

3、所述背散射电子接收传感器包括闪烁体和闪烁体框架，所述闪烁体嵌设于所述闪烁体框架中轴线位置；

4、所述光学聚光组包括反光镜片、反光杯和聚光透镜，所述反光杯为光面聚光杯，所述反光杯中线上开设有单侧槽口，所述闪烁体位于反光杯中轴线上并贯穿所述反光杯，所述反光镜片设置在所述闪烁体的一端，所述聚光透镜与反光杯出射口连接；

5、所述光学传输组包括光纤、光导镜片和光纤传输底座，所述光导镜片与所述光纤的一端连接并固定在所述光纤传输底座上，光纤圆心与光纤传输底座中心重合，且光导镜片位于聚光透镜焦点处。

6、其中，所述闪烁体为闪烁晶体。

7、其中，所述闪烁体与所述反光镜片均呈圆柱形设置，且所述反光镜片的尺寸与所述闪烁体的端面尺寸相等。

8、其中，所述反光杯为铝合金材质。

9、其中，所述聚光透镜为双凸透镜。

10、其中，所述光纤为插损小于0.3db的石英光纤。

11、其中，所述光电转化系统包括i/v运算放大器，由雪崩二极管产生电流信号经i/v运算放大器转化后输出电压信号，其中雪崩二极管的响应时间为0.5ns。

12、其中，所述光电转化系统与所述光纤端面连接。

13、其中，所述探测器保护套筒设置有单侧开口，所述单侧开口与所述单侧槽口位于同一侧且中心线重合，所述单侧开口的尺寸大于所述单侧槽口尺寸。

14、本发明还提出了一种采用背散射电子闪烁体探测器装置的探测方法，具体为将所述背散射电子闪烁体探测器装置安装在工业电子枪镜筒与电子束加工样品台之间，且平行于电子束加工样品台并垂直于入射电子束方向。

15、本发明提供了一种背散射电子闪烁体探测器装置及探测方法，装置包括背散射电子接收传感器、光学聚光组、光学传输组、光电转化系统和探测器保护机构，通过使用闪烁体作为传感器，接收工业电子枪电子束偏扫产生的背散射电子信号，再将背散射电子携带的电子信息转化为光学信号并传输至远离工件区域，最后由光电转化系统形成符合采集的电压模拟信号，避免了现有技术中模拟信号传输过程中存在的空间噪声及其他干扰信号对微弱信号的影响，对于细致的形貌特征可以展现出较高的分辨率的背散射电子图像。

技术特征：

1.一种背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

2.如权利要求1所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

3.如权利要求2所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

4.如权利要求3所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

5.如权利要求4所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

6.如权利要求5所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

7.如权利要求6所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

8.如权利要求7所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

9.一种背散射电子闪烁体探测器装置的探测方法，采用如权利要求1至8任一项所述的背散射电子闪烁体探测器装置，其特征在于，

技术总结
本发明涉及电子光学成像技术领域，尤其涉及一种背散射电子闪烁体探测器装置及探测方法，装置包括背散射电子接收传感器、光学聚光组、光学传输组、光电转化系统和探测器保护机构，通过使用闪烁体作为传感器，接收工业电子枪电子束偏扫产生的背散射电子信号，再将背散射电子携带的电子信息转化为光学信号并传输至远离工件区域，最后由光电转化系统形成高信噪比的电压模拟信号，避免了在现有技术模拟信号传输过程中存在的空间噪声及其他干扰信号对微弱信号传输的影响，对于细致的形貌特征可以展现出较高的分辨率的背散射电子图像。

技术研发人员：彭治国,刘海洋,刘海浪,唐腾飞,马彬隽,季传尚
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12