本發(fā)明涉及帶電粒子（包括電子、離子等）動(dòng)能分布和角度分布的測量方法等領(lǐng)域，具體涉及一種光電子成像儀。

背景技術(shù)：

目前通行的光電子成像儀是由荷蘭科學(xué)家Eppink和Parker于1997年設(shè)計(jì)，他們通過設(shè)計(jì)三塊帶圓孔的極板，在一定的優(yōu)化電壓配置下，形成離子透鏡，實(shí)現(xiàn)對具有相同速度但是不同位置的帶電粒子進(jìn)行聚焦，然后被飛行管后端MCP&PS（Micro-channel Plate & Phorsphor Screen, 微通道板&磷光屏）探測器收集，如圖1(a)所示，其中P₁是排斥級極板，P₂是加速級極板，P₃是接地級極板。在離子透鏡作用下，不同位置的帶電粒子聚焦在探測器的一個(gè)點(diǎn)上，這大大提高了離子速度成像的分辨率。將帶空圓盤的加上合適電壓后，形成離子透鏡，如圖1(b)所示。在目前通行的離子速度成像裝置上，Eppink和Parker通過巧妙的開孔設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)相同速度的帶電粒子即使在離子源分布的不同位置上也能在MCP&PS探測器上聚焦，大大提高了成像的分辨率。

然而，有限尺寸的MCP&PS探測器對動(dòng)能很大的帶電粒子無法捕獲，例如常用的40mm探測器在排斥級極板P₁為4000V時(shí)候，捕獲的最大動(dòng)能帶電粒子僅僅約為5eV。而5eV 以上的帶電粒子飛行軌跡在探測器的尺寸之外。目前為了捕獲大動(dòng)能帶電粒子主要有兩種辦法，一是加大極板電壓，二是提高M(jìn)CP&PS探測器的尺寸。然而這兩種方法在成本上都非常昂貴。對于第一種辦法，實(shí)現(xiàn)高電壓穩(wěn)定直流電源非常昂貴，而且在越高高壓下實(shí)驗(yàn)測量本身就越危險(xiǎn)性。對于第二種辦法，大尺寸MCP&PS探測器也非常昂貴，例如40mm直徑的進(jìn)口探測器價(jià)格約為2萬RMB，而80mm直徑的探測器價(jià)格就達(dá)到了約6萬RMB。為了在不增加成本基礎(chǔ)上，又要測量大動(dòng)能的帶電粒子，我們必須重新設(shè)計(jì)新的光電子成像儀，如影像大小可調(diào)諧光電子成像儀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，提供一種新的光電子成像儀，實(shí)現(xiàn)在與現(xiàn)有技術(shù)相同電壓配置下，影像大小可調(diào)諧，在不增加排斥級極板P₁電壓和不增大MCP&PS探測器尺寸的前提下，實(shí)現(xiàn)對大動(dòng)能帶電粒子進(jìn)行探測。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種影像大小可調(diào)諧光電子成像儀，光電子成像儀內(nèi)左側(cè)為激光作用區(qū)，在所述激光作用區(qū)設(shè)有三塊縱向的中心開孔的圓形極板：從左到右依次為排斥級極板P₁、加速級極板P₂和接地級極板P₃；在光電子成像儀內(nèi)右側(cè)設(shè)有自由飛行管，在自由飛行管后端設(shè)有MCP&PS探測器；在所述的自由飛行管內(nèi)還設(shè)有三根橫向的圓管式極板，分別為極板P₄、極板P₅和極板P₆。

所述的極板P₁、極板P₂和極板P₃厚度均為20mm,外徑均為1000mm，極板P₁內(nèi)徑40mm, 極板P₂和極板P₃內(nèi)徑為200mm。

所述的極板P₁、極板P₂和極板P₃平行放置，其相鄰極板之間的距離為200mm，P₁極板與光電子成像儀的腔體內(nèi)壁間距為20mm，P₃極板與自由飛行管間距為890mm。

所述的極板P₄、極板P₅和極板P₆為圓柱形管，依次平行放置。

所述的極板P₄、極板P₅和極板P₆的管壁厚度均為20mm，內(nèi)徑均為400mm，外徑均為440mm，其相鄰極板的間距為40mm。

所述的自由飛行管為μ金屬圓形管，內(nèi)徑為960mm，外徑為1000mm，厚度為20mm。

所述的極板P₁對應(yīng)電壓4000V，極板P₂對應(yīng)電壓2710V，極板P₃對應(yīng)電壓0V，極板P₄對應(yīng)電壓1500V，極板P₅對應(yīng)電壓500V，極板P₆對應(yīng)電壓1500V，其余部分均接地，即為0V。

有益效果：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在與現(xiàn)有技術(shù)的光電子成像儀相同的電壓配置下，光電子影像大小可調(diào)諧，大大提高了探測大動(dòng)能帶電粒子的本領(lǐng)。

附圖說明

圖1：現(xiàn)有技術(shù)中基于三塊極板設(shè)計(jì)的離子速度成像儀的剖面圖(a)。

圖2：現(xiàn)有技術(shù)中離子透鏡電勢分布效果圖(b)。

圖3：本發(fā)明的影像大小可調(diào)諧光電子成像儀的剖面圖。

圖4：現(xiàn)有技術(shù)（上）和本發(fā)明（下）的電場分布的比較圖。

圖5：大動(dòng)能帶電粒子（7eV）在現(xiàn)有技術(shù)（a）。

圖6：本發(fā)明（b）中的飛行軌跡比較。

圖7：本發(fā)明的影像大小可調(diào)諧光電子成像儀的電勢能分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種影像大小可調(diào)諧光電子成像儀，光電子成像儀內(nèi)左側(cè)為激光作用區(qū)，在所述激光作用區(qū)設(shè)有三塊縱向的中心開孔的圓形極板：從左到右依次為排斥級極板P₁、加速級極板P₂和接地級極板P₃；在光電子成像儀內(nèi)右側(cè)設(shè)有自由飛行管，在自由飛行管后端設(shè)有MCP&PS探測器；在所述的自由飛行管內(nèi)還設(shè)有三根橫向的圓管式極板，分別為極板P₄、極板P₅和極板P₆。

具體的，尺寸設(shè)計(jì)為：極板P₁、極板P₂和極板P₃厚度均為20mm,外徑均為1000mm，極板P₁內(nèi)徑40mm, 極板P₂和極板P₃內(nèi)徑為200mm。所述的極板P₁、極板P₂和極板P₃平行放置，其相鄰極板之間的距離為200mm，P₁極板與光電子成像儀的腔體內(nèi)壁間距為20mm，P₃極板與自由飛行管間距為890mm。

所述的極板P₄、極板P₅和極板P₆為圓柱形管，依次平行放置。所述的極板P₄、極板P₅和極板P₆的管壁厚度均為20mm，內(nèi)徑均為400mm，外徑均為440mm，其相鄰極板的間距為40mm。

所述的自由飛行管為μ金屬圓形管，內(nèi)徑為960mm，外徑為1000mm，厚度為20mm。

具體的，電壓設(shè)計(jì)為：所述的極板P₁對應(yīng)電壓4000V，極板P₂對應(yīng)電壓2710V，極板P₃對應(yīng)電壓0V，極板P₄對應(yīng)電壓1500V，極板P₅對應(yīng)電壓500V，極板P₆對應(yīng)電壓1500V，其余部分均接地，即為0V。該電壓設(shè)置下，本發(fā)明整個(gè)裝置對應(yīng)的電勢能分布如圖7所示。

本發(fā)明在與現(xiàn)有技術(shù)相同的電壓配置下實(shí)現(xiàn)了光電子影像大小可調(diào)諧，大大提高了探測大動(dòng)能帶電粒子的本領(lǐng)。目前對于離子飛行軌跡國際上最權(quán)威的檢驗(yàn)程序是SIMION。我們采用該程序的最新版本SIMION8.1對本發(fā)明進(jìn)行測試檢驗(yàn)，并比較了該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的檢驗(yàn)結(jié)果。

將現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的光電子成像儀在極板上分別加上優(yōu)化電壓后，對電場分布進(jìn)行比較，見圖4。

對于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明，在排斥級極板加上4000V電壓之后，優(yōu)化得到加速級極板電壓為2770V時(shí)，帶電粒子可以聚焦在探測器上，但通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)在探測器上的帶電粒子最大動(dòng)能為5.12eV，而更大動(dòng)能的帶電粒子則飛到探測器之外，無法被探測到。

圖5、6給出了大動(dòng)能帶電粒子（7eV）在現(xiàn)有技術(shù)（a）和本發(fā)明（b）的飛行軌跡對比圖。由圖可見，對于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明，帶有7eV的大動(dòng)能帶電粒子飛到探測器之外，不能被探測器探測到，而在本發(fā)明中，帶有7eV的大動(dòng)能帶電粒子經(jīng)過飛行管后，能很好地被探測器探測到。通過調(diào)整新增極板P₄、P₅和P₆的電壓，還可以對所采集的影像進(jìn)行大小調(diào)諧，能得到最佳尺寸，然后通過電場計(jì)算和進(jìn)一步校準(zhǔn)可以得到它們的動(dòng)能分布和角度分布。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。