[发明专利]电子束流能量密度分布测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种电子束流能量密度分布测量系统及方法，其中，该系统包括：电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置用于测量漏过电子束能量密度测量装置顶部直角缺口的电子束流强度，并记录电子束的偏转信号；控制器用于控制电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制电子束能量密度测量装置采集电子束强度信号和记录电子束偏转信号；数据处理装置用于将电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。该系统简化测量装置的加工，无需假定电子束能量密度圆周对称，也可以准确测量不规则的电子束流能量密度分布。

技术领域

本发明涉及电子束加工技术领域，特别涉及一种电子束流能量密度分布测量系统及方法。

背景技术

在大量电子束技术相关的应用中，电子束品质对系统的性能有着至关重要的影响，主要体现在聚焦束斑尺寸和能量密度分布上。因此，准确测量电子束的能量密度分布和尺寸是检验电子束品质的重要手段。

目前低能电子束束斑能量密度的测量方法主要有探针式测试法，阈值能量密度测试法、DIABEAM测试方法等([1]周琦,刘方军,关桥.电子束流焦点和测量方法进展及分类[J].焊接,2004,(01):5-10)。其中探针式测试法测量结果与探针形状和表面状态以及二次电子发射效应有关，准确性不高。阈值能量密度测试法通常采用楔形挡块或金属狭缝的方式，测量电子束能量密度的积分值，再基于电子束能量密度高斯分布的假设，计算出能量密度分布，因此该方法严重依赖于对电子束能量密度分布的假设，并不能真实测量电子束的能量分布。DIABEAM测试方法是利用电子束斑扫描小孔(直径远小于电子束束径，约20μm)，通过法拉第筒接收透过小孔的电子，得到电子束斑的能量密度分布，该方法的缺点是小孔的加工精度要求较高，小孔面积影响测量结果，且小孔堵塞等会造成测量精度降低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电子束流能量密度分布测量系统。

本发明的另一个目的在于提出一种电子束流能量密度分布测量方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出了电子束流能量密度分布测量系统，包括：电子束发生偏转聚焦装置，所述电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置，所述电子束能量密度测量装置包含直角缺口，用于采集所述电子束发生偏转聚焦装置产生的电子束漏过所述直角缺口的电子束流强度，同时记录电子束的偏转信号；控制器，所述控制器用于控制所述电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制所述电子束能量密度测量装置采集所述电子束和记录电子束偏转信号；数据处理装置，所述数据处理装置用于将所述电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。

本发明实施例的电子束流能量密度分布测量系统，避免小尺寸圆孔和窄缝的加工制造，简化了测量装置的加工；避免小尺寸孔隙堵塞等对测量精度的影响，提高了测量的精度；无需假定电子束能量密度分布规律，可以准确测量任意形状的电子束流能量密度分布；不需要每次都使用新的金属试样，节约测试成本。

另外，根据本发明上述实施例的电子束流能量密度分布测量系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例还包括：成形平台，所述成形平台置于所述电子束发生偏转聚焦装置下方，用于调整所述电子束能量密度测量装置高度，保证所述直角缺口与所述电子束发生偏转聚焦装置的焦平面重合；真空室，所述真空室内包含所述成形平台与所述电子束能量密度测量装置，用于提供真空环境，保证所述电子束正常传播。