基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置制造方法
【專利摘要】基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，包括束流傳輸線和光學成像系統，束流傳輸線分成軸對稱分布的前半段和后半段，所述光學成像系統位于束流傳輸線末端，所述前半段的傳輸矩陣為六階矩陣A：傳輸矩陣A滿足色散消除條件：A12=0、A26=0、A21=0、A34=0、A43=0；前、后下標分別表示該元素所在的行、列。本實用新型的有益效果是：利用偏轉磁鐵和四極磁鐵組成消色散成像系統，形成了聚焦成像的功能，同時在能量甄別平面上設置能量準直器，通過帶電粒子的能量損失形成圖像的對比度。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及帶電粒子照相技術，具體地，涉及一種基于能量損失聚焦成像的 帶電粒子照相裝置。 基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置
【背景技術】
[0002] 帶電粒子照相是一種透視照相技術。利用準單能帶電粒子束穿過樣品以獲得圖 像，進而獲取被照樣品樣品內部的密度、空隙等需要關注的信息。
[0003] 帶電粒子照相可以有兩種形式，第一種是直接透視照相，第二種是采用電磁透鏡 聚焦的透視照相。采用聚焦透鏡可以提高圖像的分辨率，本實用新型僅涉及第二種照相方 式。
[0004] 聚焦電磁透鏡也有兩種形式，第一種是軸對稱結構的，第二種是非軸對稱結構的。 軸對稱結構電磁透鏡的聚焦作用比較弱，只能使用能量較低的粒子，對較薄的樣品進行照 相。非軸對稱結構的聚焦電磁透鏡可以形成高得多的聚焦作用，從而適用于厚樣品的照相。 本實用新型僅涉及非軸對稱結構的聚焦透鏡。
[0005] 帶電粒子在樣品中運動時，受到樣品物質原子的作用，會形成三種效應，分別是粒 子數量減小，粒子角度散射，粒子能量損失。在照相時，這些效應都會對獲得的圖像造成影 響，也就是攜帶了樣品內部的信息。
[0006] 在目前常用的非軸對稱的聚焦磁透鏡中，可以利用粒子數量減小的信息形成圖像 的對比度，也可以利用粒子角度散射的信息形成圖像的對比度。但對于粒子能量損失的信 息，不但不能加以利用，反而是形成圖像模糊度的主要因素，嚴重影響所獲得圖像的質量。 實用新型內容
[0007] 為克服現有的帶電粒子成像技術不能利用粒子能量損失，造成圖像模糊，成像質 量差的技術缺陷，本實用新型提供一種基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置。
[0008] 本實用新型所述的基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，包括束流傳輸線 和光學成像系統，其特征在于，束流傳輸線分成軸對稱分布的前半段和后半段，所述光學成 像系統位于束流傳輸線末端；所述前半段由包括能量準直器的第二聚焦段，位于第二聚焦 段前、后的第一聚焦段和第三聚焦段組成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之間、第二聚焦段 和第三聚焦段之間分別設置有第一偏轉磁鐵和第二偏轉磁鐵，所述前半段的傳輸矩陣為六 階矩陣A :
[0009] 傳輸矩陣A滿足色散消除條件：412=0、426=0、4 21=0、434=0、八43=0;前、后下標分別表 示該元素所在的行、列。
[0010] 具體的，通過在各個聚焦段設置四極磁鐵使得傳輸矩陣A滿足色散消除條件。 [0011] 具體的，所述能量準直器由兩塊平行金屬板組成。
[0012] 具體的，所述光學成像系統由光電轉換屏和C⑶相機組成
[0013] 本實用新型的有益效果是：利用偏轉磁鐵和四極磁鐵組成消色散成像系統，形成 了聚焦成像的功能，同時在能量甄別平面上設置能量準直器，通過帶電粒子的能量損失形 成圖像的對比度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型所述帶電粒子照相裝置的一種【具體實施方式】示意圖；
[0015] 圖2是本實用新型所述能量準直器的結構示意圖；
[0016] 圖3是經典的消色散結構示意圖；
[0017] 圖4是本實用新型所述35Mev質子入射實施例標準能量（即35MeV)情況下粒子 在能量準直器位置的分布情況；
[0018] 圖5是本實用新型所述35Mev質子入射實施例能量具有2%的偏差時粒子在能量 準直器位置的分布情況；
[0019] 附圖中標記及相應的零部件名稱：1-偏轉磁鐵，2-散焦四極磁鐵，3-聚焦四極磁 鐵，4-第一聚焦段，5-第二聚焦段，6-第三聚焦段，7-前、后半段的幾何對稱軸，8-能量準直 器，9-帶電粒子束源，10-被照樣品，11-電光轉換屏，12-CXD相機，13-粒子傳輸軌跡。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地的詳細說明，但本實用新型的 實施方式不限于此。
[0021] 本實用新型所述基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，包括電子成像系 統，其特征在于，還包括成軸對稱分布的前半段和后半段，所述電子成像系統位于后半段末 端；所述前半段由包括能量準直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦段和第 三聚焦段組成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之間、第二聚焦段和第三聚焦段之間分別設 置有第一偏轉磁鐵和第二偏轉磁鐵，所述前半段的傳輸矩陣為：
[0022]
【權利要求】
1. 基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，包括束流傳輸線和光學成像系統，其 特征在于，束流傳輸線分成軸對稱分布的前半段和后半段，所述光學成像系統位于束流傳 輸線末端；所述前半段由包括能量準直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦 段和第三聚焦段組成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之間、第二聚焦段和第三聚焦段之間 分別設置有第一偏轉磁鐵和第二偏轉磁鐵，所述前半段的傳輸矩陣為六階矩陣A : 傳輸矩陣A滿足色散消除條件:412=0、426=0、421=0、4 34=0、八43=0;前、后下標分別表示該 元素所在的行、列；通過在各個聚焦段設置四極磁鐵使得傳輸矩陣A滿足色散消除條件。
2. 根據權利要求1所述的基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，其特征在于， 所述能量準直器由兩塊平行金屬板組成。
3. 根據權利要求1所述的基于能量損失聚焦成像的帶電粒子照相裝置，其特征在于， 所述光學成像系統由光電轉換屏和CCD相機組成。
【文檔編號】G01N23/00GK203849186SQ201420238451
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】楊國君, 魏濤, 張卓, 李一丁, 張小丁, 江孝國, 石金水 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所