一种基于光子计数的束流光谱检测装置及方法

技术特征：
1.一种基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，包括：固体靶、聚焦透镜、光谱仪、光子计数模块、第一束流计、第二束流计、束流采集模块和计算处理模块；离子束经过所述固体靶形成光辐射源，其产生的光经过聚焦透镜进入光谱仪，所述光谱仪与所述光子计数模块连接，用于对入射光子进行计数，并将计数结果传输至所述束流采集模块和计算处理模块；所述第一束流计设置在所述固体靶的前方，其中，与离子束入射方向相反的方向为前方；所述第二束流计设置在所述固体靶的表面上；第一束流计和第二束流计采集的信号均传输至所述束流采集模块，所述束流采集模块用于根据所述第一束流计、第二束流计和所述光子计数模块的计数结果获得的信号计算光子产额；所述计算处理模块用于将所述光子计数模块和束流采集模块的结果结合，获得所述光子产额随光谱仪波长变化的光谱分布。2.如权利要求1所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述光子计数模块的积分时间与第一束流计和第二束流计的测量时间相同。3.如权利要求2所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述光子计数模块包括的光电倍增管包括光入射窗、光阴极、聚焦极、阳极和倍增极，发射光经过光入射窗到光阴极后，致使从光阴极上逸出光电子，所述光电子在所述聚焦极进行聚焦，所述聚焦极之间的电压逐步升高，所述光电子在电场作用下逐级倍增，并在所述阳极处被收集，最后形成电脉冲信号后输出。4.如权利要求3所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述光子计数模块通过设置幅度甄别器去除热发射噪声脉冲和背景噪声，根据单道在单光子峰位开窗和光谱的符合程度，通过时间选择，进一步剔除其他噪声。5.如权利要求4所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，经过所述幅度甄别器后，获得的整形的脉冲分别进入单道和延迟线路，经过单道的信号经脉冲展宽后，与所述延迟线路的信号一起送入线性门，所述线性门的输出结果通过光谱仪集线器转换成数字信号后向计算处理模块发送一次计数结果，并立即清零所述光子计数模块，开始累加光谱仪步进后的光脉冲信号。6.如权利要求2所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述第一束流计获得离子束的入射流强i
f
，第二束流计获得靶表面流强i
t
，根据第一和第二束流计的信号，获得c＝i
t
/i
f
，所述光谱仪遍历预设的检测波长范围，所述光子计数模块获得各波长对应的光子数，辐射光谱的所述光子产额y
λ
的计算公式为：y
λ
＝n
λ
/(i
t
/c*e*q)其中，n
λ
为辐射光谱的光子数，e为电荷电量，q是入射离子电荷态数。7.如权利要求2所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述束流采集模块包括第一驱动电路、第二驱动电路、cpld控制电路、usb接口电路和usb接口，所述第一驱动电路与第一束流计连接并接收其信号，所述第二驱动电路与第二束流计连接并接收其信号，第一驱动电路和第二驱动电路的输出端均与cpld控制电路连接，所述cpld控制电路用于进行脉冲采样和数据存储，其输出端连接usb接口电路，usb接口电路用于接收计算处理模块的指令，进行解析，并提取配置参数，并将所述配置参数反馈至所述cpld控制电路，所述usb接口电路与usb接口连接，所述usb接口用于数据传输。
8.如权利要求7所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述cpld控制电路和usb接口电路分别与不同频率的时钟电路连接，所述usb接口与flash电路连接，所述cpld控制电路还与led显示电路连接。9.如权利要求8所述的基于光子计数的束流光谱检测装置，其特征在于，所述计算处理模块通过二维图和列表进行显示。10.一种基于光子计数的束流光谱检测方法，其特征在于，包括：束流采集模块接收计算处理模块发送的配置指令、工作模式及参数，在没有收到光子计数模块的计数信号时，所述束流采集模块处于等待状态；光谱仪接收计算处理模块发送的起始波长、步进波长、终止波长及积分时间t，启动光谱仪进行扫描，同时光子计数模块进行光子计数，将计数信号传输给束流采集器；所述束流采集模块开始采样，并记录第一束流计和第二束流计输入的脉冲数，并将计数结果通过usb接口电路送至计算处理模块进行实时显示和存盘；当光谱仪移动波长至终止波长时，停止光谱仪、光子计数模块和束流采集器，结束测量。

技术总结
本发明涉及一种基于光子计数的束流光谱检测装置和方法，包括：离子束经过固体靶形成光辐射源，其产生的光经过聚焦透镜进入光谱仪，光谱仪与光子计数模块连接，并将计数结果传输至束流采集模块和计算处理模块；第一束流计设置在固体靶的前方，其中，与离子束入射方向相反的方向为前方；第二束流计设置在固体靶的表面上；第一束流计和第二束流计采集的信号均传输至束流采集模块，束流采集模块用于根据第一束流计、第二束流计和光子计数模块的计数结果获得的信号计算光子产额；计算处理模块用于将光子计数模块和束流采集模块的结果结合，获得光子产额随光谱仪波长变化光谱分布。其使用不受环境影响，随时调整离子流强度的大小，提高实验测量质量。提高实验测量质量。提高实验测量质量。


技术研发人员：赵红赟 杨治虎 郭义盼 徐秋梅 千奕
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：2022.04.13
技术公布日：2022/8/9