本发明专利涉及一种光离子成像仪，具体涉及一种具有时间切片功能的超小型光离子成像仪。
背景技术：
1、离子成像技术是目前光解动力学、化学过程等实验研究中不可或缺的技术手段，能够提供整个4π立体角内离子的动能分布和角度分布信息，在星际空间、大气电离层及等离子体中的物质演化研究中具有较大应用前景。在高科技应用领域，要求离子成像仪聚焦精度易调节、尺寸小、重量轻以满足机载及星载探测要求。
2、目前常用的离子成像仪是由eppink和parker等人实现的基于三极板的光电子成像仪，通过添加离子透镜极板，改变电场形状，有效实现了高的图像分辨率，但离子成像仪长度大于450mm；刘玉柱等人采用六极板结构结合空心柱体结构自由飞行管，发明了一种低电场光电子成像仪，但聚焦能力较弱，导致整个离子成像仪的聚焦点远离激光作用区，离子成像仪的尺寸大于φ1000mm×1000mm。
3、综上，目前研制的离子成像仪很难同时实现较好的速度聚焦成像和较小尺寸，限制了其在星际空间及大气电离层中光解动力学领域的应用。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对目前研制的离子成像仪很难同时实现较好的速度聚焦成像和较小尺寸的问题，提供了一种具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，速度成像电压易调节，整体尺寸小。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：
3、一种具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，光离子成像仪包括依次排布的静电场区、微聚焦离子自由飞行管、mcp探测屏和ccd图像采集系统，并在光离子成像仪外侧设有电磁屏蔽壳；
4、所述的静电场区内设有若干内径不同的电极片，用于形成缓慢变化的静电场；静电场区内为激光作用区；
5、所述的微聚焦离子自由飞行管为包含若干微聚焦电极的单透镜聚焦系统，用于微聚焦离子以及调节聚焦点；
6、所述的mcp探测屏为单片mcp结构或双片mcp结构，用于倍增电子及通过加载脉冲电压信号实现时间切片；
7、所述的ccd图像采集系统用于收集离子成像；
8、所述的电磁屏蔽壳用于减小环境对离子成像的影响。
9、为优化上述技术方案，采取的具体限定还包括：
10、所述的静电场区中的电极片为同轴设置的空心圆柱体电极，且各电极片的外径相等，各电极片的内径大小不同，至少包括一个静电场区入口处的第一电极片、第一电极片后侧内径大于第一电极片的第二电极片，以及静电场区出口处内径大于第一电极片、小于第二电极片的最后一电极片。
11、进一步地，静电场区中的电极片还包括依次排列于第二电极片与最后一电极片之间，内径与第二电极片相同或大于第二电极片的若干电极片。
12、所述的微聚焦离子自由飞行管的微聚焦电极为同轴设置的圆筒状电极，至少包括两个间隔排布的内径、外径均相同的第一微聚焦电极和第三微聚焦电极，以及一个设置于第一微聚焦电极和第三微聚焦电极的间隔处、内径大于第一微聚焦电极和第三微聚焦电极外径的第二微聚焦电极。
13、静电场区内的电极片、微聚焦离子自由飞行管和mcp探测屏之间依次通过陶瓷环连接。
14、单片mcp结构包括作为mcp探测屏输入电极的第一单片mcp电极、具有二次电子发射特性的通道、作为mcp屏输出电极的第二单片mcp电极、磷光屏和单片mcp结构电磁屏蔽壳；双片mcp结构包括作为mcp探测屏的mcp1输入电极的第一双片mcp电极、作为mcp探测屏的mcp1输出电极和mcp2输入电极的第二双片mcp电极、mcp1的二次电子倍增通道、mcp2的二次电子倍增通道，作为mcp探测屏的mcp2输出电极的第三双片mcp电极、磷光屏和双片mcp结构电磁屏蔽壳。
15、所述第一电极片的内半径为8mm～12mm，外半径为76mm～84mm，所述第二电极片的内半径为55mm～65mm，外半径为75mm～85mm，第二电极片与第一电极片沿离子运行方向的间距为11mm～15mm；最后一电极片的内半径为35mm～45mm，外半径为75mm～85mm，最后一电极片与相邻电极片沿离子运行方向的间距为26mm～30mm。
16、排列于第二电极片与最后一电极片之间，内径与第二电极片相同或大于第二电极片的若干电极片内半径为55mm～65mm，外半径为75mm～85mm，第二电极片与最后一电极片之间设置2-6个电极片；静电场区内的各电极片沿离子运行方向的长度为1～2mm。
17、第二微聚焦电极与第一微聚焦电极、第三微聚焦电极的电势差为50v～150v；第一微聚焦电极、第三微聚焦电极的内半径为60mm～64mm，外半径为68mm～72mm，沿离子运行方向的长度为105mm～115mm，第一微聚焦电极与最后一电极片沿离子运行方向的间距为26mm～30mm；第三微聚焦电极与第一微聚焦电极沿离子运行方向的间距为57mm～63mm；第二微聚焦电极的内半径为70mm～74mm，外半径为78mm～82mm，沿离子运行方向的长度为193mm～205mm。
18、使用单片mcp时，第一单片mcp电极与第二单片mcp电极之间的电势差为600v～800v，通过加载脉冲电压信号实现切片；使用双片mcp时，第二双片mcp电极与第一双片mcp电极之间的电势差为600v～800v，第三双片mcp电极与第一双片mcp电极之间的电势差为1500v～1600v。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20、本发明采用静电聚焦系统，结合单透镜微聚焦离子自由飞行管，极大提高了光离子成像仪的聚焦性能，可灵活调节电压实现不同程度的聚焦；
21、本发明通过合理设计探测屏mcp参数，可实现不同增益；采用脉冲电压信号驱动mcp，可实现时间切片功能。
22、本发明通过合理设计电极结构及电势分布，实现了较小尺寸，易于装配、电压可调节性强，能够满足高精尖领域的检测需求，如可应用于机载及星载探测等。
1.一种具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：光离子成像仪包括依次排布的静电场区、微聚焦离子自由飞行管、mcp探测屏和ccd图像采集系统，并在光离子成像仪外侧设有电磁屏蔽壳；
2.根据权利要求1所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：所述的静电场区中的电极片为同轴设置的空心圆柱体电极，且各电极片的外径相等，各电极片的内径大小不同，至少包括一个静电场区入口处的第一电极片、第一电极片后侧内径大于第一电极片的第二电极片，以及静电场区出口处内径大于第一电极片、小于第二电极片的最后一电极片。
3.根据权利要求2所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：静电场区中的电极片还包括依次排列于第二电极片与最后一电极片之间，内径与第二电极片相同或大于第二电极片的若干电极片。
4.根据权利要求1所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：所述的微聚焦离子自由飞行管的微聚焦电极为同轴设置的圆筒状电极，至少包括两个间隔排布的内径、外径均相同的第一微聚焦电极和第三微聚焦电极，以及一个设置于第一微聚焦电极和第三微聚焦电极的间隔处、内径大于第一微聚焦电极和第三微聚焦电极外径的第二微聚焦电极。
5.根据权利要求1所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：静电场区内的电极片、微聚焦离子自由飞行管和mcp探测屏之间依次通过陶瓷环连接。
6.根据权利要求1所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：单片mcp结构包括作为mcp探测屏输入电极的第一单片mcp电极、具有二次电子发射特性的通道、作为mcp屏输出电极的第二单片mcp电极、磷光屏和单片mcp结构电磁屏蔽壳；双片mcp结构包括作为mcp探测屏的mcp1输入电极的第一双片mcp电极、作为mcp探测屏的mcp1输出电极和mcp2输入电极的第二双片mcp电极、mcp1的二次电子倍增通道、mcp2的二次电子倍增通道，作为mcp探测屏的mcp2输出电极的第三双片mcp电极、磷光屏和双片mcp结构电磁屏蔽壳。
7.根据权利要求2所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：所述第一电极片的内半径为8mm～12mm，外半径为76mm～84mm，所述第二电极片的内半径为55mm～65mm，外半径为75mm～85mm，第二电极片与第一电极片沿离子运行方向的间距为11mm～15mm；最后一电极片的内半径为35mm～45mm，外半径为75mm～85mm，最后一电极片与相邻电极片沿离子运行方向的间距为26mm～30mm。
8.根据权利要求3所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：排列于第二电极片与最后一电极片之间，内径与第二电极片相同或大于第二电极片的若干电极片内半径为55mm～65mm，外半径为75mm～85mm，第二电极片与最后一电极片之间设置2-6个电极片；静电场区内的各电极片沿离子运行方向的长度为1～2mm。
9.根据权利要求4所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：第二微聚焦电极与第一微聚焦电极、第三微聚焦电极的电势差为50v～150v；第一微聚焦电极、第三微聚焦电极的内半径为60mm～64mm，外半径为68mm～72mm，沿离子运行方向的长度为105mm～115mm，第一微聚焦电极与最后一电极片沿离子运行方向的间距为26mm～30mm；第三微聚焦电极与第一微聚焦电极沿离子运行方向的间距为57mm～63mm；第二微聚焦电极的内半径为70mm～74mm，外半径为78mm～82mm，沿离子运行方向的长度为193mm～205mm。
10.根据权利要求6所述的具有时间切片功能的超小型光离子成像仪，其特征在于：使用单片mcp时，第一单片mcp电极与第二单片mcp电极之间的电势差为600v～800v，通过加载脉冲电压信号实现切片；使用双片mcp时，第二双片mcp电极与第一双片mcp电极之间的电势差为600v～800v，第三双片mcp电极与第一双片mcp电极之间的电势差为1500v～1600v。
