[发明专利]一种用于离子存储的大容量静电离子阱

摘要

本发明提供一种大容量静电离子阱装置及方法。本发明利用反射镜多次反射折叠离子路径的原理，将注入的离子存储于两组镜像对称的静电反射镜之间。离子在一定时间后在离子门电极上施加脉冲将富集的全部离子引出。离子存储模式时，分布于静电离子阱的反射电极组内及无场区内，存储空间大，有效避免了空间电荷效应的影响，增大了离子存储的容量，可提高信噪比。

主权项

1.一种用于离子存储的大容量静电离子阱，其特征在于：包括第一、第二反射底电极(7)、(12)，第一、第二地电极(11)、(16)，第一、第二聚焦电极(10)、(15)，第一、第二、第三、第四反射电极(8)、(9)、(13)、(14)，注入离子门(3)，引出离子门(5)，中心聚焦电极组(4)、偏入电极(2)、偏出电极(6)；以纵向方向为y轴，横向方向为x轴，以垂直于x y平面方向为z轴；第一反射底电极(7)为一长方体，于长方体左侧表面开设有一纵向截面(垂直x轴方向的截面)为矩形凹槽，第二反射底电极(12)为一长方体，于长方体右侧表面(垂直x轴方向的截面)开设有一纵向截面为矩形凹槽；第一、第二地电极(11)、(16)，第一、第二聚焦电极(10)、(15)，第一、第二、第三、第四反射电极(8)、(9)、(13)、(14)均为一中部带有矩形通孔的矩形环状电极，电极纵向截面形状呈“回”字形；第一反射底电极(7)的矩形凹槽与第二反射底电极(12)矩形凹槽相对平行设置；第一反射电极(8)、第二反射电极(9)、第一聚焦电极(10)、第一地电极(11)、第二地电极(16)、第二聚焦电极(15)、第四反射电极(14)、第三反射电极(13)依次顺序平行间隔设置于第一反射底电极(7)和第二反射底电极(12)之间；第一反射底电极(7)的矩形凹槽、第一、第二地电极(11)、(16)，第一、第二聚焦电极(10)、(15)，第一、第二、第三、第四反射电极(8)、(9)、(13)、(14)上的中部矩形通孔分别于第二反射底电极(12)上投影，它们的投影均与第二反射底电极(12)矩形凹槽纵向截面重合；由第一反射底电极(7)、第一反射电极(8)、第二反射电极(9)、第一聚焦电极(10)、第一地电极(11)构成第一反射电极组；由第二地电极(16)、第二聚焦电极(15)、第四反射电极(14)、第三反射电极(13)、第二反射底电极(12)构成第二反射电极组；第一反射电极组与第二反射电极组中的对应电极呈镜像对称排布；注入离子门(3)、引出离子门(5)都是由两片相同形状和大小的矩形平板电极平行间隔设置构成，且它们平行平面的法线方向为纵向方向(沿y方向)，中心聚焦电极组(4)由两个及三个以上电极对构成，每个电极对由两片相同形状和大小的矩形平板电极平行间隔设置构成，且它们平行平面的法线方向为纵向方向(沿y方向)；注入离子门(3)、中心聚焦电极组(4)、引出离子门(5)位于第一反射电极组与第二反射电极组之间，注入离子门(3)中电极的几何中心、中心聚焦电极组(4)中电极的几何中心、引出离子门(5)中电极的几何中心沿从上至下的纵向方向位于同一直线上，且该直线位于第一反射电极组与第二反射电极组的镜像对称面上；偏入电极(2)和偏出电极(6)分别为二个片状电极，二个片状电极垂直z轴方向的截面为2个圆弧，2个圆弧为同圆心、同圆心角、且位于同一圆心角处的半径不同的2段弧线；偏入电极(2)位于注入离子门(3)上方、偏出电极(6)位于引出离子门(5)下方；离子通过偏入电极(2)偏转的方式引入静电离子阱中；在加在注入离子门(3)和引出离子门(5)的两个电极之间施加周期性的方波脉冲电场，当两个电极之间电场为零时，离子飞经离子门不发生偏转；调节电极电场大小为某非零合适值，使得离子飞经离子门受到电场作用往中心聚焦电极组(4)方向偏转一定角度；在同一个周期里，当注入离子门(3)电场为零时开始，并持续合适时间后恢复电场为非零值，此过程中维持引出离子门(5)电场为非零值一定时间，此时间段内将实现离子的注入，离子注入至静电离子阱后，飞行至引出离子门(5)时偏转返回处于非零电场的注入离子门(3)，离子再次发生偏转进行下一次多次反射的循环，实现离子的循环；当引出离子门(5)电场改变为零并持续一定时间，此时间内存储离子从静电离子阱中引出。