[发明专利]一种补偿粒子速度影像仪球面像差的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及粒子速度影像技术领域，更具体地，涉及一种补偿粒子速度影像仪球面像差的方法及装置。

背景技术

在上世纪80年代后期发展起来的粒子速度影像技术在光致解离/电离反应的认知过程中一直扮演着重要的角色。粒子速度影像仪的核心部件是三个中间开孔的圆形电极板，分别为排斥极电极板、提取极电极板和接地极电极板。这三个电极板形成的电场构成了静电透镜。产生于不同位置，具有相同动量的离子/电子经过排斥极电极板的排斥，经提取极电极板和接地极电极板聚焦并汇聚在微通道板(MCP)探测器上。最终不同动能的粒子会在探测器上形成不同直径的圆环，经过重构算法重构后，就能得到电离后产生的粒子的三维速度矢量分布。

静电透镜和光学透镜相似，都具有球面像差效应。这就导致了从透镜边缘穿过的较大动能的粒子会提前聚焦，焦点在透镜焦平面前方；而从透镜中心附近穿过的具有较小动能的粒子会延迟聚焦，焦点在透镜焦平面的后方。不同动能粒子的焦点的连线是一条斜线，与探测器平面会有很大的夹角。这对速度影像的分辨率造成了很大的影响。

现有技术中，通常是添加多个电极板、栅网等方式来提高装置的分辨率，这种方式复杂度较高、成本高，且对装置分辨率的改善程度不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种补偿粒子速度影像仪球面差的方法及装置，通过在粒子速度影像仪的提取极电极板上添加跳变电压以实现在聚焦电场的基础上添加发散电场的效果，从而达到补偿原有静电聚焦透镜球面像差的目的。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种补偿粒子速度影像仪球面像差的方法，所述方法为：在粒子速度影像仪的提取极电极板添加跳变电压，以在聚焦电场的基础上添加发散电场，从而补偿原有静电聚焦透镜球面像差。

作为进一步优选地，所述跳变电压的跳变时间小于20ns，跳变电压的触发时间在粒子进入提取极电场后的10ns以内。

作为进一步优选地，所述粒子速度影像仪所测的粒子带正电时，所述跳变电压由高电压跳变到低电压；所述粒子速度影像仪所测的粒子带负电时，所述跳变电压由低电压跳变到高电压。

作为进一步优选地，调整所述高电压与低电压的差值，使得所有动能的粒子的焦点都分布在所述粒子速度影像仪对应的探测器平面上。

相应地，本发明还提供一种补偿粒子速度影像仪球面像差的装置，所述装置包括与粒子速度影像仪提取极电极板连接的跳变电压控制单元，用于在提取极电极板上产生跳变电压。

作为进一步优选地，所述跳变电压控制单元为高压快速开关模块或高压脉冲电源。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：通过在粒子速度影像仪的提取极电极板上添加跳变电压，实现了在聚焦电场的基础上添加发散电场的效果，从而达到补偿原有静电聚焦透镜球面像差的目的，无需改变原有装置结构，实施简便、成本低、成像分辨率高。本发明跳变电压的跳变时间小于20ns，跳变电压的触发时间在粒子进入提取极后10ns以内，保证了补偿的效果，防止欠补偿或过补偿且保证了粒子受到完整的跳变电场作用，使得本发明装置可获得较高分辨率。本发明可以很好的补偿影像仪中粒子透镜的球面像差，不同动能粒子的焦点连线(焦平面)能较好的与探测器平面相吻合，应用了本发明的影像仪分辨率远远优于传统的影像仪装置的分辨率。

附图说明

图1为应用本发明的粒子速度影像仪结构示意图；

图2为现有粒子速度影像仪对于不同动能离子的聚焦效果图，图中竖线为探测器平面；

图3为应用本发明的粒子速度影像仪对于不同动能离子的聚焦效果图，图中竖线为探测器平面；

图4为应用本发明的粒子速度影像仪输入离子动能分布图；

图5为应用本发明的粒子速度影像仪输出离子动能分布图；

图6为应用本发明的粒子速度影像仪成像分辨率曲线与现有粒子速度影像仪成像分辨率曲线对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。