CN116699676B - 一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法，其特征在于，装置包括选质离子取样和束流调制模块以及激光诱导光电子速度成像模块；选质离子取样和束流调制模块包括筛网电极板、底座和离子束流调制部分，筛网电极板用于当加载脉冲电压时，对目标离子进行质量选择并改变其飞行轨迹；离子束流调制部分用于对改变运动轨迹的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制；激光诱导光电子速度成像模块用于向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱，本发明可广泛用于光电子速度成像技术领域中。

Description

一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法

技术领域

本发明涉及光电子速度成像技术领域，特别是关于一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法。

背景技术

团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成相对稳定的微观聚集体，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化，是介于原子、分子与宏观固体物质之间的物质结构的新层次。团簇的结构不同于固体，每增减一个原子甚至电子均可能引起结构变化。气相团簇体系是研究金属表面化学反应与催化机理的理想模型，阐明其物化性质随尺寸的演化规律也有助于深入理解凝聚态物质的构效关系。

阴离子光电子能谱（Anion Photoelectron Spectroscopy，PES）是一种利用光电效应原理测量激光激发下从材料表面脱离的光电子的能量、强度和角分布来分析材料表面的电子结构和化学成分的方法。在实验结合计算的研究中，PES与质谱的联用已被广泛应用于团簇科学，以帮助确定质量选择的物种的电子和几何结构。通过记录质量选择物种的团簇离子的速度分布，不仅可以揭示解离电离动力学，且还可以获得团簇结构的额外信息。

将光电子速度成像（Velocity Map Imaging，VMI）方法与团簇反应和质谱分析方法相结合，为全面揭示电子结构和反应动力学提供了一个平台。然而，商业化的飞行时间质谱仪，以及实验室中的许多定制仪器，大多采取直立反射模式，这为与VMI仪器的结合带来了不便。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够与自定义仪器相耦合的45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，包括选质离子取样和束流调制模块以及激光诱导光电子速度成像模块；

所述选质离子取样和束流调制模块包括筛网电极板、底座和离子束流调制部分，若干所述筛网电极板以45°角等间距的设置在所述底座上，位于顶部和底部的所述筛网电极板接地，位于中部的所述筛网电极板通过分压电阻连接，所述底座的一侧设置有所述离子束流调制部分的入口，所述筛网电极板用于当加载脉冲电压时，对目标离子进行质量选择并改变其飞行轨迹；所述离子束流调制部分用于对改变运动轨迹的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制；

所述离子束流调制部分的出口连接所述激光诱导光电子速度成像模块，所述激光诱导光电子速度成像模块用于向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

进一步地，所述离子束流调制部分包括离子束流调制入口透镜、上下偏转电极、第一接地零电势极板、左右偏转电极、第二接地零电势极板、第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜；

所述离子束流调制入口透镜的一侧连接所述底座的一侧，所述离子束流调制入口透镜的另一侧依次通过同轴的所述上下偏转电极、第一接地零电势极板、左右偏转电极、第二接地零电势极板、第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜连接所述激光诱导光电子速度成像模块；

所述离子束流调制入口透镜用于排除入射角过大的杂散离子，以缩小目标离子的束流直径；

所述上下偏转电极和左右偏转电极用于通过在目标离子飞行方向的垂直方向和水平方向施加不同的直流电压，使缩小束径后的目标离子的飞行方向在垂直方向和水平方向发生定向改变；

所述第一接地零电势极板和第二接地零电势极板用于阻挡发散离子；

所述第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜用于对调整空间位置后的目标离子进行聚焦。

进一步地，所述第一零电势透镜和第二零电势透镜均采用Einzel透镜。

进一步地，所述激光诱导光电子速度成像模块包括VMI光电子调制部分、激光装置、磁/电屏蔽筒、硬质铝筒支架、荧光屏支架、CCD遮光筒、CCD支撑板、接地硬质铝筒、光电子检测器、CCD相机和上位机；

所述VMI光电子调制部分的一侧连接所述第二零电势透镜，所述VMI光电子调制部分上设置有用于所述激光装置的激光入射的入射窗口，所述VMI光电子调制部分的另一侧伸入所述接地硬质铝筒内的一侧，所述VMI光电子调制部分和接地硬质铝筒外侧套设有所述磁/电屏蔽筒，所述接地硬质铝筒的另一侧通过硬质铝筒支架连接所述荧光屏支架的一侧，所述荧光屏支架上设置有所述光电子检测器，所述荧光屏支架的另一侧通过所述CCD遮光筒连接所述CCD支撑板，且所述微通道板、光电子检测器和CCD遮光筒同轴设置，所述CCD支撑板上设置有所述CCD相机，所述CCD相机还连接所述上位机；

所述激光装置用于垂直于目标离子的运动方向通过入射窗口发射脱附激光，与离子束交汇于电离区；

所述VMI光电子调制部分用于将通过所述离子束流调制部分调制后的目标离子被脱附激光打中，产生目标离子的光电子；

所述接地硬质铝筒用于保障脱附电子在无场真空条件下自由飞行；

所述磁/电屏蔽筒用于屏蔽外界对自旋电子影响；

所述光电子检测器用于将获得的光电子信号放大并转换为荧光信号；

所述CCD相机用于捕捉荧光信号记录光电子位置分布信息；

所述上位机用于采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

进一步地，所述VMI光电子调制部分包括依次设置的取样参考透镜、取样束流准直透镜、栅网加速电极板、第一静电透镜极板、第二静电透镜极板、第三静电透镜极板、第四静电透镜极板、第五静电透镜极板、第六静电透镜极板、第七静电透镜极板和光电子引出极板，其中，所述第一至第七静电透镜极板中每两个相邻的极板均以等值电阻连接，并在有关极板上加载额外直流电；

通过所述离子束流调制部分调制后的目标离子通过所述取样参考透镜进入，并通过所述取样束流准直透镜准直后于所述栅网加速电极板和第一静电透镜极板之间的中点处被所述激光装置的脱附激光束打中，光脱附产生的光电子通过所述第二静电透镜极板、第三静电透镜极板、第四静电透镜极板、第五静电透镜极板、第六静电透镜极板、第七静电透镜极板和光电子引出极板被加速推向至所述光电子检测器。

进一步地，所述光电子检测器包括微通道板和光电子检测荧光屏；

所述微通道板用于将产生的目标离子的光电子通过二次电子进行倍增；

所述光电子检测荧光屏用于将倍增后的光电子信号转换为荧光信号。

进一步地，所述激光诱导光电子速度成像模块与所述选质离子取样和束流调制模块垂直设置或同轴设置。

进一步地，当所述激光诱导光电子速度成像模块与所述选质离子取样和束流调制模块垂直设置时，所述选质离子取样和束流调制模块设置在垂直的所述激光诱导光电子速度成像模块的一侧，对应于所述选质离子取样和束流调制模块轴线的位置，离子束流、所述激光装置的脱附激光和所述激光诱导光电子速度成像模块两两正交，离子束流径向末端设置有用于确定目标离子与脱附激光时序的飞行时间质谱MCP检测器。

另一方面，提供一种基于45°取样的阴离子光电子速度成像装置的成像方法，包括：

加载脉冲电压，通过控制脉冲时序选质离子取样和束流调制模块对目标离子进行质量选择，采用45°取样方式改变离子飞行轨迹，以使目标离子进入离子束流调制部分的束流调制通道；

离子束流调制部分对引入束流调制通道的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制，调制后的目标离子飞行至激光诱导光电子速度成像模块；

激光诱导光电子速度成像模块运用脉冲激光向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

进一步地，所述激光诱导光电子速度成像模块运用脉冲激光向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱，包括：

VMI光电子调制部分将质量选择和束流调制后的目标离子与激光装置发射的脱附激光进行时间和空间的对准交汇，在激光脱附点与线性偏振光束相互作用，产生目标离子的光电子；

光电子检测器对产生的光电子信号进行放大后转换为荧光信号，并记录光电子位置分布信息后通过光纤传输至上位机；

上位机采用BASEX程序，通过转置、阿贝尔变换和径向积分，将光电子位置分布信息变换得到所需的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明在45^o离子取样基础上的成像装置旨在能够与直立式反射飞行时间质谱（Re-TOFMS）仪器相结合，并显示出良好的灵敏度和分辨率。

2、本发明在离子束流调制部分设置有两套偏转电极，每套偏转电极由两个电极片组成，分别位于离子运动方向的上下左右四个方向，可通过在两个电极片上加载不同的直流电压，以使离子运动方向发生定向改变。

3、本发明在离子束流调制部分设置的静电透镜的原理类似可聚焦光线的光学凸透镜，具有特定形状的等势线也可使离子束聚焦，采用Einzel透镜，由同轴排列的金属圆柱组成，在第一零电势透镜和第二零电势透镜上施加相同的电压（通常接地），并通过改变聚焦透镜上的电压以实现离子透镜焦点的调节。

4、本发明设置了可兼容切换的激光诱导光电子速度成像模块与离子束流水平安装和正交安装两种实验方法，可针对不同离子束流强度和分辨率实验要求进行选择。

综上所述，本发明可以广泛应用于光电子速度成像技术领域中。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的阴离子光电子速度成像装置中激光诱导光电子速度成像模块水平设置的水平安装剖视图；

图2是本发明一实施例提供的阴离子光电子速度成像装置的正视图；

图3是本发明一实施例提供的阴离子光电子速度成像装置中激光诱导光电子速度成像模块垂直设置的正视图；

图4是本发明一实施例提供的阴离子光电子速度成像装置的碘离子光电子速度成像与光电子谱示意图。

附图1中各标记表示如下：

1-筛网电极板；2-三角形底座；3-离子束流调制入口透镜；4-上下偏转电极；5-第一接地孔径挡板；6-左右偏转电极；7-第二接地孔径挡板；8-第一零电势透镜；9-聚焦透镜；10-第二零电势透镜；11-取样参考透镜；12-磁/电屏蔽筒；13-硬质铝筒支架；14-荧光屏支架；15-CCD遮光筒；16-CCD支撑板；17-取样束流准直透镜；18-栅网加速电极板；19～25-电阻连接的阶梯分压离子透镜极板组合（即第一至第七静电透镜极板）；26-光电子引出极板；27-接地硬质铝筒；28-光电子检测器。

附图3中各标记表示如下：

1-筛网电极板；2-三角形底座；3-离子束流调制入口透镜；4-上下偏转电极；5-第一接地孔径挡板；6-左右偏转电极；7-第二接地孔径挡板；8-第一零电势透镜；9-聚焦透镜；10-第二零电势透镜；11-取样参考透镜；12-磁/电屏蔽筒；13-硬质铝筒支架；14-荧光屏支架；15-CCD遮光筒；16-CCD支撑板；29-飞行时间质谱MCP检测器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

本发明实施例提供的45°取样的阴离子光电子速度成像装置及方法，包括选质离子取样和束流调制模块（图1中的部件1-10）以及激光诱导光电子速度成像模块（图1中的部件11-28），可以与自定义仪器相耦合，能够获取目标阴离子团簇质谱，并改变经飞行时间质谱而垂直反射的离子的运动轨迹，以得到质量选择的阴离子团簇的二级质谱和光电子能谱。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，包括选质离子取样和束流调制模块以及激光诱导光电子速度成像模块，其中，选质离子取样和束流调制模块包括若干筛网电极板1、一个三角形底座2和离子束流调制部分。

若干筛网电极板1以45°角等间距的设置在三角形底座2的斜边侧上，位于顶部和底部的筛网电极板1接地，位于中部的筛网电极板1（例如三片）通过分压电阻连接（例如三片筛网电极板1的电压可为U、2/3U和1/3U，其中，U为根据所需偏转团簇设定的取样电压）。筛网电极板1用于当加载脉冲电压时，对目标离子进行质量选择并改变其飞行轨迹，以进入下游的离子束流调制部分和激光诱导光电子速度成像模块。三角形底座2的一侧设置有离子束流调制部分的入口，离子束流调制部分用于对引入的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和束流聚焦调制。

离子束流调制部分的出口连接激光诱导光电子速度成像模块，激光诱导光电子速度成像模块用于向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

在一个优选的实施例中，离子束流调制部分包括离子束流调制入口透镜3、上下偏转电极4、第一接地零电势极板5、左右偏转电极6、第二接地零电势极板7、第一零电势透镜8、聚焦透镜9和第二零电势透镜10。

离子束流调制入口透镜3的一侧连接三角形底座2的一侧，离子束流调制入口透镜3的另一侧依次通过同轴的上下偏转电极4、第一接地零电势极板5、左右偏转电极6、第二接地零电势极板7、第一零电势透镜8、聚焦透镜9和第二零电势透镜10连接激光诱导光电子速度成像模块。

离子束流调制入口透镜3用于排除入射角过大的杂散离子，以缩小目标离子的束流直径。

上下偏转电极4和左右偏转电极6用于通过在目标离子飞行方向的垂直方向和水平方向施加不同的直流电压，使缩小束径后的目标离子的飞行方向在垂直方向和水平方向发生定向改变，以实现对目标离子空间位置的调整。

第一接地零电势极板5和第二接地零电势极板7用于阻挡发散离子，可以在一定程度上规范离子束径。

第一零电势透镜8、聚焦透镜9和第二零电势透镜10用于对调整空间位置后的目标离子进行适当聚焦，以满足到达激光诱导光电子速度成像模块时具有合理的束流直径。

具体地，第一零电势透镜8和第二零电势透镜10均基于Einzel透镜组原理设计，第一零电势透镜8和第二零电势透镜10的长度为35mm，聚焦透镜9的长度为16mm。

在一个优选的实施例中，激光诱导光电子速度成像模块包括VMI光电子调制部分、激光装置、磁/电屏蔽筒12、硬质铝筒支架13、荧光屏支架14、CCD遮光筒15、CCD支撑板16、接地硬质铝筒27、光电子检测器28、CCD相机和上位机。

VMI光电子调制部分的一侧连接第二零电势透镜10，VMI光电子调制部分上设置有用于激光装置的激光入射的入射窗口，VMI光电子调制部分的另一侧伸入接地硬质铝筒27内的一侧，VMI光电子调制部分和接地硬质铝筒27外侧套设有磁/电屏蔽筒12，接地硬质铝筒27的另一侧通过硬质铝筒支架13连接荧光屏支架14的一侧，荧光屏支架上14设置有光电子检测器28，荧光屏支架14的另一侧通过CCD遮光筒15连接CCD支撑板16，且微通道板、光电子检测器28和CCD遮光筒15同轴设置，CCD支撑板16上设置有CCD相机，CCD相机还连接上位机。

激光装置用于垂直于目标离子的运动方向通过入射窗口发射脱附激光，与离子束交汇于电离区。

VMI光电子调制部分用于将通过离子束流调制部分调制后的目标离子被脱附激光打中，在激光脱附点与线性偏振光束相互作用，产生目标离子的光电子。

接地硬质铝筒27用于保障脱附电子在无场真空条件下自由飞行。

磁/电屏蔽筒12用于屏蔽外界对自旋电子影响。

光电子检测器28用于将获得的光电子信号放大并转换为荧光信号。

CCD相机用于捕捉荧光信号记录光电子位置分布信息，并通过光纤传输至上位机。

上位机用于采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

具体地，磁/电屏蔽筒12可以采用坡莫合金电磁屏蔽筒。

具体地，光电子检测器28包括微通道板（MCP）和光电子检测荧光屏，微通道板用于将产生的目标离子的光电子通过二次电子进行倍增，得到更强的电子流。光电子检测荧光屏用于将倍增后的光电子信号转换为荧光信号，通过微通道板与光电子检测荧光屏的配合，得到光电子位置分布信息。

具体地，CCD相机由三组CCD遮光筒15保护，以避免外界光源对CCD相机的影响。

具体地，光电子检测器28位于取样参考透镜11的270mm处。

在一个优选的实施例中，VMI光电子调制部分包括依次设置的取样参考透镜11（或称L_R）、取样束流准直透镜17、栅网加速电极板18（或称L₁，外加脉冲电压U₁）、第一静电透镜极板19（或称L₂，外加直流电压U₂）、第二静电透镜极板20、第三静电透镜极板21（或称L₃，外加直流电U₃）、第四静电透镜极板22、第五静电透镜极板23、第六静电透镜极板24、第七静电透镜极板25（或称L₄，接地或外加直流电U₄）和光电子引出极板26（接地），其中，第一至第七静电透镜极板19～25中每两个相邻的极板均以等值电阻连接，以实现阶梯分压的功能，并在有关极板（L₁、L₂、L₃、L₄）上加载额外直流电，以提升光电子动能分辨率。通过离子束流调制部分调制后的目标离子通过取样参考透镜11进入，并通过取样束流准直透镜17准直后于栅网加速电极板18和第一静电透镜极板19之间的中点处被激光装置的脱附激光束打中，光脱附产生的光电子通过第二静电透镜极板20、第三静电透镜极板21、第四静电透镜极板22、第五静电透镜极板23、第六静电透镜极板24、第七静电透镜极板25和光电子引出极板26被加速推向至光电子检测器28。

具体地，栅网加速电极板18和第一静电透镜极板19之间的间距大于后续第二至第七静电透镜极板20～25的相邻极板间距，以减少脱附激光作用于静电透镜极板所产生的噪声信号。

具体地，栅网加速电极板18第一至第七静电透镜极板19～25的厚度均为1.5毫米，外径均为50毫米，第一静电透镜极板19的内孔直径为10毫米，其它静电透镜极板的内孔直径均为25毫米。栅网加速电极板18和第一静电透镜极板19之间的距离为13毫米，其它静电透镜极板之间的距离均为5毫米。栅网加速电极板18设置为脉冲电压，其它静电透镜极板设置为稳压直流电。

在一个优选的实施例中，如图1和图2所示，激光诱导光电子速度成像模块与选质离子取样和束流调制模块同轴设置。在该优选的实施例中，VMI光电子调制部分和离子飞行路径均被带有μ金属屏蔽层的圆筒所封闭，以屏蔽地磁场对电子飞行路径的影响。

在一个优选的实施例中，如图3所示，激光诱导光电子速度成像模块与选质离子取样和束流调制模块垂直设置。

具体地，选质离子取样和束流调制模块设置在垂直的激光诱导光电子速度成像模块的一侧，对应于选质离子取样和束流调制模块轴线的位置，离子束流、激光装置的脱附激光和激光诱导光电子速度成像模块两两正交，离子束流径向末端设置有飞行时间质谱MCP检测器29，用于确定目标离子与脱附激光的时序，并用作离子束流调制部分束流优化的依据。更具体地，飞行时间质谱MCP检测器可以采用微通道板。

实施例2

本实施例提供一种45°取样的阴离子光电子速度成像方法，包括以下步骤：

1）设置实施例1的45°取样的阴离子光电子速度成像装置。

2）加载合适脉冲电压，通过控制脉冲时序选质离子取样和束流调制模块对目标离子进行质量选择，采用45°取样方式改变离子飞行轨迹，以使目标离子引入离子束流调制部分的束流调制通道。

3）离子束流调制部分对引入束流调制通道的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制，调制后的目标离子飞行至激光诱导光电子速度成像模块，具体为：

3.1）目标离子进入离子束流调制部分时首先经过离子束流调制入口透镜3，排除入射角过大的杂散离子，缩小目标离子的束流直径。

3.2）缩小束径后的目标离子通过上下偏转电极4和左右偏转电极6，在离子飞行方向的垂直方向和水平方向施加不同的直流电压，使得目标离子的飞行方向在垂直和水平方向发生定向改变，实现对目标离子空间位置的调整。

3.3）通过第一接地零电势极板5和第二接地零电势极板7阻挡发散离子，在一定程度上规范离子束径。

3.4）通过第一零电势透镜8、聚焦透镜9和第二零电势透镜10对调整空间位置后的目标离子进行适当聚焦，以满足到达激光诱导光电子速度成像模块时具有合理的束流直径，聚焦后的目标离子飞行至激光诱导光电子速度成像模块。

4）激光诱导光电子速度成像模块运用脉冲激光（例如10Hz）向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流（例如10Hz）实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱，具体为：

4.1）VMI光电子调制部分将质量选择和束流调制后的目标离子与激光装置发射的脱附激光进行时间和空间的对准交汇，在激光脱附点与线性偏振光束相互作用，产生目标离子的光电子。

具体地，栅网加速电极板18以及第一至第七加速电极板19～25可以加载全负电压：0>U₃>U₂>U₁（脉冲），也可以采用正电和负电结合的方法，例如：U₁（脉冲）<U₂=0<U₃<U₄。

4.2）光电子检测器28对产生的光电子信号进行放大后转换为荧光信号，并记录光电子位置分布信息后通过光纤传输至上位机。

4.3）上位机采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

具体地，BASEX程序通过转置、阿贝尔变换和径向积分可以将光电子位置分布信息变换得到所需的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

当激光诱导光电子速度成像模块与选质离子取样和束流调制模块垂直设置时，步骤4.1）之前还包括：

飞行时间质谱MCP检测器29实时监测作为辅助，一方面优化束流前端目标离子偏转电压调节，同时在VMI光电子调制部分加载测试离子偏转的脉冲电压，以获得准确离子束流到达激光脱附区域的时序。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，包括选质离子取样和束流调制模块以及激光诱导光电子速度成像模块；

所述选质离子取样和束流调制模块包括筛网电极板、底座和离子束流调制部分，若干所述筛网电极板以45°角等间距的设置在所述底座上，位于顶部和底部的所述筛网电极板接地，位于中部的所述筛网电极板通过分压电阻连接，所述底座的一侧设置有所述离子束流调制部分的入口，所述筛网电极板用于当加载脉冲电压时，对目标离子进行质量选择并改变其飞行轨迹；所述离子束流调制部分用于对改变运动轨迹的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制；

所述离子束流调制部分的出口连接所述激光诱导光电子速度成像模块，所述激光诱导光电子速度成像模块用于向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

2.如权利要求1所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述离子束流调制部分包括离子束流调制入口透镜、上下偏转电极、第一接地零电势极板、左右偏转电极、第二接地零电势极板、第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜；

所述离子束流调制入口透镜的一侧连接所述底座的一侧，所述离子束流调制入口透镜的另一侧依次通过同轴的所述上下偏转电极、第一接地零电势极板、左右偏转电极、第二接地零电势极板、第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜连接所述激光诱导光电子速度成像模块；

所述离子束流调制入口透镜用于排除入射角过大的杂散离子，以缩小目标离子的束流直径；

所述上下偏转电极和左右偏转电极用于通过在目标离子飞行方向的垂直方向和水平方向施加不同的直流电压，使缩小束径后的目标离子的飞行方向在垂直方向和水平方向发生定向改变；

所述第一接地零电势极板和第二接地零电势极板用于阻挡发散离子；

所述第一零电势透镜、聚焦透镜和第二零电势透镜用于对调整空间位置后的目标离子进行聚焦。

3.如权利要求2所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述第一零电势透镜和第二零电势透镜均采用Einzel透镜。

4.如权利要求2所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述激光诱导光电子速度成像模块包括VMI光电子调制部分、激光装置、磁/电屏蔽筒、硬质铝筒支架、荧光屏支架、CCD遮光筒、CCD支撑板、接地硬质铝筒、光电子检测器、CCD相机和上位机；

所述VMI光电子调制部分的一侧连接所述第二零电势透镜，所述VMI光电子调制部分上设置有用于所述激光装置的激光入射的入射窗口，所述VMI光电子调制部分的另一侧伸入所述接地硬质铝筒内的一侧，所述VMI光电子调制部分和接地硬质铝筒外侧套设有所述磁/电屏蔽筒，所述接地硬质铝筒的另一侧通过硬质铝筒支架连接所述荧光屏支架的一侧，所述荧光屏支架上设置有所述光电子检测器，所述荧光屏支架的另一侧通过所述CCD遮光筒连接所述CCD支撑板，且微通道板、所述光电子检测器和CCD遮光筒同轴设置，所述CCD支撑板上设置有所述CCD相机，所述CCD相机还连接所述上位机；

所述激光装置用于垂直于目标离子的运动方向通过入射窗口发射脱附激光，与离子束交汇于电离区；

所述VMI光电子调制部分用于将通过所述离子束流调制部分调制后的目标离子被脱附激光打中，产生目标离子的光电子；

所述接地硬质铝筒用于保障脱附电子在无场真空条件下自由飞行；

所述磁/电屏蔽筒用于屏蔽外界对自旋电子影响；

所述光电子检测器用于将获得的光电子信号放大并转换为荧光信号；

所述CCD相机用于捕捉荧光信号记录光电子位置分布信息；

所述上位机用于采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

5.如权利要求4所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述VMI光电子调制部分包括依次设置的取样参考透镜、取样束流准直透镜、栅网加速电极板、第一静电透镜极板、第二静电透镜极板、第三静电透镜极板、第四静电透镜极板、第五静电透镜极板、第六静电透镜极板、第七静电透镜极板和光电子引出极板，其中，所述第一至第七静电透镜极板中每两个相邻的极板均以等值电阻连接，并在有关极板上加载额外直流电；

通过所述离子束流调制部分调制后的目标离子通过所述取样参考透镜进入，并通过所述取样束流准直透镜准直后于所述栅网加速电极板和第一静电透镜极板之间的中点处被所述激光装置的脱附激光束打中，光脱附产生的光电子通过所述第二静电透镜极板、第三静电透镜极板、第四静电透镜极板、第五静电透镜极板、第六静电透镜极板、第七静电透镜极板和光电子引出极板被加速推向至所述光电子检测器。

6.如权利要求4所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述光电子检测器包括所述微通道板和光电子检测荧光屏；

所述微通道板用于将产生的目标离子的光电子通过二次电子进行倍增；

所述光电子检测荧光屏用于将倍增后的光电子信号转换为荧光信号。

7.如权利要求4所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，所述激光诱导光电子速度成像模块与所述选质离子取样和束流调制模块垂直设置或同轴设置。

8.如权利要求7所述的一种45°取样的阴离子光电子速度成像装置，其特征在于，当所述激光诱导光电子速度成像模块与所述选质离子取样和束流调制模块垂直设置时，所述选质离子取样和束流调制模块设置在垂直的所述激光诱导光电子速度成像模块的一侧，对应于所述选质离子取样和束流调制模块轴线的位置，离子束流、所述激光装置的脱附激光和所述激光诱导光电子速度成像模块两两正交，离子束流径向末端设置有用于确定目标离子与脱附激光时序的飞行时间质谱MCP检测器。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的45°取样的阴离子光电子速度成像装置的45°取样的阴离子光电子速度成像方法，其特征在于，包括：

加载脉冲电压，通过控制脉冲时序选质离子取样和束流调制模块对目标离子进行质量选择，采用45°取样方式改变离子飞行轨迹，以使目标离子进入离子束流调制部分的束流调制通道；

离子束流调制部分对引入束流调制通道的目标离子进行束径缩小、空间位置的调整和聚焦调制，调制后的目标离子飞行至激光诱导光电子速度成像模块；

激光诱导光电子速度成像模块运用脉冲激光向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激光诱导光电子速度成像模块运用脉冲激光向质量选择和束流调制后的目标离子脉冲束流实施激光诱导电子脱附，产生光电子，并采用BASEX程序，根据光电子位置分布信息，得到目标离子的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱，包括：

VMI光电子调制部分将质量选择和束流调制后的目标离子与激光装置发射的脱附激光进行时间和空间的对准交汇，在激光脱附点与线性偏振光束相互作用，产生目标离子的光电子；

光电子检测器对产生的光电子信号进行放大后转换为荧光信号，并记录光电子位置分布信息后通过光纤传输至上位机；

上位机采用BASEX程序，通过转置、阿贝尔变换和径向积分，将光电子位置分布信息变换得到所需的光电子速度分布、光电子动能谱和电子结合能谱。