一种高电荷态离子的产生和探测装置的制作方法

本实用新型属于高电荷态离子产生技术领域，具体涉及一种高电荷态离子的产生和探测装置。

背景技术：

随着技术的进步和需求，等离子体的应用随处可见。现有技术中等离体子的产生过程大概为，将高功率密度激光聚焦到金属靶材上，激光辐照处的物质被瞬间加热并吸收激光的能量而发生融化汽化蒸发，少量物质(1微克-0.1毫克)被溅出，在激光辐照区域的上方附近形成由电子、原子、分子和离子组成的气态物质，在激光后续部分作用下，最终形成高温高压的等离子体。激光产生高温高密度等离子有着广泛的应用，如材料的生长，纳米颗粒的合成、材料元素的分析，尤其是作为加速器和离子注入机的重离子来源。

目前，现有的等离子产生装置是把靶材安装在三维移动平台上，然后将靶材和三维移动平台置于腔室内，操作过程中通过三维移动平台来调节靶材的位置，这种方式腔室内靶材的移动维度较高，稳定性较差，同时操作比较繁琐。

因此，本申请提出一种更稳定的高电荷态离子的产生和探测装置。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种高电荷态离子的产生和探测装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高电荷态离子的产生和探测装置，包括离子产生单元和离子探测单元；

所述离子产生单元包括第一腔室和激光器，所述第一腔室顶部开设有通孔，所述通孔处安装有石英窗，所述石英窗正上方水平设置有聚焦透镜，所述聚焦透镜-上方倾斜设置有反射平面镜，所述反射平面镜与所述聚焦透镜之间的夹角小于90°，所述第一腔室顶部安装有线性促动器，所述反射平面镜顶部与所述线性促动器的调节输出端连接，所述第一腔室内部设置有步进电机，所述步进电机的输出轴端部固定连接有转盘，所述转盘内设置有靶材，所述靶材的中轴线和所述石英窗的中轴线在同一条竖直线上，所述激光器设置在所述反射平面镜一侧，所述激光器发射的激光经过所述反射平面镜反射，依次穿过所述聚焦透镜和所述石英窗后打到所述靶材上，所述第一腔室外壁上设置有电离规，所述电离规的检测端与所述第一腔室连通；

所述离子探测单元包括尖嘴空心管道、第二腔室、设置在所述第二腔室内部的加速偏转电极和微通道板及设置在所述第二腔室外部的计算机和示波器卡，所述尖嘴空心管道一端与所述第一腔室连通，所述尖嘴空心管道另一端与所述第二腔室连通，所述尖嘴空心管道的尖嘴漏斗中心与所述靶材上表面在同一水平线上；所述微通道板设置在所述加速偏转电极上方，所述微通道板通过所述示波器卡与所述计算机电连接，所述线性促动器与所述计算机电连接；

所述第一腔室和所述第二腔室均为真空环境。

优选地，还包括抽真空单元，所述抽真空单元包括第一插板阀、第一分子泵、第二插板阀、第二分子泵、热偶规、角阀和机械泵，所述第一插板阀的入口与所述第一腔室底部连通，所述第一插板阀的出口通过第一法兰与所述第一分子泵的入口连通，所述第二插板阀的入口与所述第二腔室底部连通，所述第二插板阀的出口通过第二法兰与所述第二分子泵的入口连通；

所述第一分子泵的出口连接有第一管路，所述第二分子泵的出口连接有第二管路，所述第一管路和第二管路通过三通连通有总管路，所述总管路上设置有所述角阀，所述总管路的出口与所述机械泵连通。

优选地，所述机械泵与大气接触端设置有电磁阀。

优选地，所述加速偏转电极由四块水平设置的平行极板和底部带网状的柱形电极构成，所述柱形电极设置在所述平行极板上方，四块所述平行极板上加载脉冲高压，所述柱形电极上无电压降。

优选地，所述激光器和所述加速偏转电极上加载的脉冲高压的时序通过数字延时器控制。

优选地，所述离子产生单元还包括镜片支撑架，所述聚焦透镜安装在所述镜片支撑架上，所述第一腔室顶部的通孔两侧设置有平行的一组滑槽，所述镜片支撑架的支撑腿底部设置有与所述滑槽配合的滑块，所述滑块卡接在所述滑槽内。

本实用新型提供的高电荷态离子的产生和探测装置包括离子产生单元和离子探测单元，第一腔室内的靶材通过步进电机实现一维旋转，第一腔室外的激光器、聚焦透镜、反射平面镜和线性促动器构成了移动溅射激光的装置，可实现激光器发射的激光的入射点移动，降低了腔室内靶材的移动维度，保证了溅射激光每次打在靶材不同的位置，提高了信号的稳定性，且简单易操作，此外两个腔室的连接管道两端安装了尖嘴漏斗，加速偏转电极每个电极上的电压降合理分配都大大提高了探测的质谱的分辨率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的高电荷态离子的产生和探测装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一腔室，2-激光器，3-反射平面镜，4-线性促动器，5-聚焦透镜，6-石英窗，7-靶材，8-步进电机，9-第一法兰，10-第一插板阀，11-第一分子泵，12-热偶规，13-角阀，14-机械泵，15-电离规，16-尖嘴空心管道，17-加速偏转电极，18-计算机，19-第二腔室，20-微通道板，21-示波器卡，22-第二插板阀，23-第二法兰，24-第二分子泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型的技术方案和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本实用新型提供了一种高电荷态离子的产生和探测装置，具体如图1所示，包括离子产生单元和离子探测单元；

离子产生单元包括第一腔室1和激光器2，第一腔室1顶部开设有通孔，通孔处安装有石英窗6，石英窗6正上方水平设置有聚焦透镜5，聚焦透镜5正上方倾斜设置有反射平面镜3，反射平面镜3与聚焦透镜5之间的夹角小于90°，第一腔室1顶部安装有线性促动器4，反射平面镜3顶部与线性促动器4的调节输出端连接，第一腔室1内部设置有步进电机8，步进电机8的输出轴端部固定连接有转盘，转盘内设置有靶材7，靶材7的中轴线和石英窗6的中轴线在同一条竖直线上，激光器2设置在反射平面镜3一侧，激光器2发射的激光经过反射平面镜3反射，依次穿过聚焦透镜5和石英窗6后打到靶材7上，第一腔室1外壁上设置有电离规15，电离规15的检测端与第一腔室1连通；

离子探测单元包括尖嘴空心管道16、第二腔室19、设置在第二腔室19内部的加速偏转电极17和微通道板20及设置在第二腔室19外部的计算机18和示波器卡21，尖嘴空心管道16一端与第一腔室1连通，尖嘴空心管道16另一端与第二腔室19连通，尖嘴空心管道16的尖嘴漏斗中心与靶材7上表面在同一水平线上；微通道板20设置在加速偏转电极17上方，微通道板20通过示波器卡21与计算机18电连接，线性促动器4与计算机18电连接；

第一腔室1和第二腔室19均为真空环境。

进一步地，本实施例中，还包括抽真空单元，抽真空单元包括第一插板阀10、第一分子泵11、第二插板阀22、第二分子泵24、热偶规12、角阀13和机械泵14，第一插板阀10的入口与第一腔室1底部连通，第一插板阀10的出口通过第一法兰9与第一分子泵11的入口连通，第二插板阀22的入口与第二腔室19底部连通，第二插板阀10的出口通过第二法兰23与第二分子泵24的入口连通；

第一分子泵11的出口连接有第一管路，第二分子泵24的出口连接有第二管路，第一管路和第二管路通过三通连通有总管路，总管路上设置有角阀13，总管路的出口与机械泵14连通。

进一步地，本实施例中，机械泵14与大气接触端设置有电磁阀。

进一步地，本实施例中，加速偏转电极17由四块水平设置的平行极板和底部带网状的柱形电极构成，柱形电极设置在平行极板上方，四块平行极板上加载脉冲高压，柱形电极上无电压降。

进一步地，本实施例中，激光器2和加速偏转电极17上加载的脉冲高压的时序通过数字延时器控制。

进一步地，本实施例中，离子产生单元还包括镜片支撑架，聚焦透镜5安装在镜片支撑架上，第一腔室1顶部的通孔两侧设置有平行的一组滑槽，镜片支撑架的支撑腿底部设置有与滑槽配合的滑块，滑块卡接在滑槽内。

本实施例提供的高电荷态离子的产生和探测装置的工作原理为：

抽真空单元将第一腔室1和第二腔室19中的空气抽离形成两个真空腔室，激光器2发出的溅射激光经过线性促动器4带动的反射平面镜3反射后经由聚焦透镜5聚焦到靶材7上，其中，反射平面镜3通过由计算机18控制的线性促动器4带动转动一定的角度，聚焦透镜5置于三维可移动平台上，靶材7被烧蚀后形成等离子体。等离子体通过带有尖嘴漏斗的空心管道16进入第二腔室19，经由加速偏转电极17加速，最终打在微通道板20上并被探测。

以上所述实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本实用新型的保护范围。