高能探测用相机真空法兰概述

为了有效地探测真空、极紫外和软硬x射线范围内的有能量光子，通常在高能辐射源和探测器之间创造一个没有粒子干扰有用光子信号的环境。这是通过将原子或分子抽离出实验室来实现的，这些原子或分子会吸收有用的辐射并被电离，从而产生“污染物”物种。

在这里我们强调关键真空法兰接口用于连接和或CCD探测器到真空室或光谱仪的一系列应用，包括x射线等离子体诊断，极紫外(EUV/XUV)成像和显微镜，x射线衍射bob综合app官网登录成像或光谱，或高谐波产生(HHG)。

能量范围的考虑

高能光子可以被实验环境中存在的分子或原子所吸收，并使这些粒子在更高的能量下电离。与本讨论有关的区域定义如下[1]:

辐射域	波长范围(nm)	光子能量范围(keV)	评论
紫外线真空紫外(VUV) 极端紫外线(EUV)	10 - 200 10 - 121	0.124 - 0.006 0.124 - 0.1	被大气中的氧吸收，<~ 180nm时逐渐明显，潜在电离辐射
软x射线极端紫外线(远紫外线)	0.1 - 10	12.4 - 0.124	电离辐射
硬x射线	0.001 - 0.1	1240 - 12.4	强烈的电离辐射

表1 -高能辐射能量范围定义

真空方面的考虑

气体粒子对有用x射线/电子信号的吸收和散射的大小取决于实验环境的真空“质量”。

真空政权	压力范围[2]
真空政权	mbar	酒吧	帕斯卡(Pa)	托
大气压力	1.013 x10^＋３	1.013	1.013 x10^{+ 5}	7.6 x10^{+ 2}
高真空	1 x10³1 x10⁹	1 x10⁶1 x10-12	1×10⁻¹1×10⁻⁷	7.5 x10⁴7.5 x10^－10
超高真空	1 x10⁹1 x10^-12年	1 x10^-12年1 x10^-15年	1×10⁻⁷1×10⁻¹⁰	7.5 x10^－107.5 x10^-13年
极高真空	< 1 x10^-12年	< 1 x10^-15年	< 1×10⁻¹⁰	< 1×10 m⁻¹³

表2 -真空状态定义

真空室探测器耦合的考虑

真空环境的例子，Andor '开放前' ' SO '探测器可以附加如图1所示。

材料的考虑和烘焙

用于真空的材料应:

显示出较低的排气速率(被吸附的气体或困在材料中的水分子的释放)
仔细加工，以减少可能困住有害气体或水分的裂缝和/或缺陷的数量
耐烘烤温度

烘烤过程是用来迫使杂质从暴露于真空的表面，因为这些可能会导致气体和影响真空的质量。这反过来又会影响探测器的最低冷却温度。

和或真空法兰加工的不锈钢304级．

法兰标准的考虑

有3种主要的法兰标准用于连接相机到真空外壳。这些格式将在以下部分进行描述:

CF (Conflat™)标准
ISO标准(包括ISO- f和ISO- k)
KF标准

其他法兰标准，如日本“JIS”[3]或韩国“KS”，可通过安道的客户特殊要求(CSR)流程考虑。请联系您当地的安多尔代表了解更多信息。

连接到VUV/EUV/XUV光谱仪

Andor探测器可以集成在许多第三方VUV, EUV或XUV光谱仪上，包括McPherson[4]或H+P光谱[5]。然而，这些摄谱仪可能不按照上面列出的连接标准设计。

请参考本文档的麦克弗森摄谱仪部分了解更多可用选项的详细信息。如有其他选择，请与您当地的安铎代表联系以获取更多信息。

1.CF(或ConFlatTM) / ICF格式

这种法兰格式是基于金属对金属密封的刀口接口。它适用于从常压到超高真空(< 10⁻¹³Torr或< 1.3x10^-13年mbar) -研究级“直接检测”，开式前摄像头兼容压力环境，最低10⁸/ 10⁹mbars。

图2 -典型的CF法兰接口，带有软金属垫片，如右边的图纸所示

刀口密封包括在法兰一侧的锋利的硬材料楔形，当附件螺栓拧紧时，它切入配合部件上的软金属垫片。软金属(如无氧铜)衬垫的延展性被用来填补法兰中的小缺陷，提供了一个极好的密封性，同时也补偿了烘烤至~ 450°C时潜在的热膨胀失配。注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多尔相机的最大可持续烘烤温度是+55°C。

有两种不同的定义标准来指定这种法兰格式，其等价性如表3所示:

欧洲/亚洲标准使用字母“DN”后面跟着法兰的内径(ID)，单位为mm，例如DN10表示内径为10mm的法兰。
美国标准用一个数字来定义法兰的外径(OD)，单位为英寸。

欧洲，亚洲[ID, mm]	美国(OD,英寸)	笔记
DN10CF	1	(1）
DN16CF	1 ?(“迷你”)	(1）
DN25CF	2？	(1）
DN40CF	2¾	(1）
DN50CF	3？	(1）
DN50CF	4½	（2）
DN75CF	4 ?	(1）
DN100CF	6	（3）
DN125CF	6¾	（5）
DN160CF	8	(4) (5)
DN200CF	10	(5) (6)
DN250CF	12	(5) (6)

下表总结了安道标准法兰接口的技术特点。请联系您当地的Andor代表，以获得其他格式:

相机平台(一)	牛顿DO920P-xx	iKon-M DO934P-xx	iKon-L DO936N - * 0 w-xx (c)	iKon-XL XLO-EAyy-C0
真空室标准兼容性	Dn100cf / 6”cf / cf -152	Dn100cf / 6”cf / cf -152	Dn100cf / 6”cf / cf -152	Dn160cf / 8”cf / cf -203
外径(OD) (b)	5.96英寸(151.6毫米)	5.96英寸(151.6毫米)	5.96英寸(151.6毫米)	7.97英寸(202.4毫米)
内径(ID) (b)	1.97英寸(50.0毫米)	1.97英寸(50.0毫米)	2.68英寸(68.0毫米)	4.41英寸(112毫米)
刀口直径(KD)	4.52英寸(114.9毫米)	4.52英寸(114.9毫米)	4.54英寸(115.3毫米)	6.525英寸(165.7毫米)
安装孔纤毛运动	16 x ø8.5 mm通过PCD ø130.3 mm	16 x ø8.5 mm通过PCD ø130.3 mm	16 x螺纹PCD ø130.3 mm	20 x ø8.5 mm通过PCD ø181.1 mm
安装孔的格式	M8或5/16 UNC螺栓间隙	M8或5/16 UNC螺栓间隙	螺纹孔(c)	M8或5/16 UNC螺栓间隙
螺栓安装方向	从相机到真空室	从相机到真空室	从真空室到照相机	从相机到真空室
法兰定位	可旋转(11.25º增量)	可旋转(11.25º增量)	固定(12点安装孔)	可旋转(11.25º增量)
法兰到传感器平面的距离(公称)	0.13英寸(3.2毫米)	0.13英寸(3.2毫米)	0.24英寸(6.1毫米)	0.24英寸(6.1毫米)
滤光片夹类型	卡口(d)	卡口(d)	加热(e)	加热(e)

表4 - Andor标准CF接口定义

(a) xx =传感器代码，例如BN, BR-DD;yy =传感器代码标识符(仅iKon-XL) |介绍过o。d。邓肯(b)是用于描述相机法兰,而身份证指定根据传感器大小| (c)有三个特定的螺纹孔选项iKon-L: a) M8螺纹法兰-相机内置代码* = M0W, b) 5/16 UNC线程建于法兰- * = I0W相机代码,c)封装螺母(M8或5/16UNC)——相机代码* = 00 w(坚果可以删除和替换如果线程穿)| d)相机附带| (e)可选的

图3 -法兰特性尺寸细节

2.ISO格式(ISO- k和ISO- f)

这种法兰形式基于o形环密封。它适用于从常压到高真空(10−8 Torr或1.3x10-8 mbar)的环境。-研究级的“直接检测”，前开式相机可以工作在压力环境下10-6 / 10-7毫巴。ISO格式包括两个主要变体:

ISO-F，使用常规螺栓/螺母来固定法兰配合件
ISO-K，使用爪夹固定法兰配合件

图4 - ISO-F(上)和ISO-K(下)法兰接口，装配(左)和爆炸视图(右)

o形环组件包括一个定心的金属环和一个绕着它的o形环。两个法兰配合部件设计有一个槽，用于在拧紧附件螺栓或夹具时将o形圈组件置于中心。

该界面可维持烘烤温度高达~ 150℃。注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多尔相机的最大可持续烘烤温度是+55℃。

ISO法兰格式由公称内径(id)以毫米为单位识别，例如ISO- k 100或ISO- f 100的内径为100毫米。标准尺寸从ISO-63到ISO-630[6]。

Newton和iKon-M系列推荐ISO-K 100或ISO-F 100，但也可以提供iKon-L系列。但也可以考虑其他较大的过量摄入。请联系您当地的安多尔代表了解更多信息。

3.KF格式

这种法兰格式-也称为克莱因法兰(或KF) -也是基于o形环密封。它适用于从常压到高真空(10−8 Torr或1.3x10-8 mbar)的环境。

KF法兰接口，具有组装和爆炸视图

图5 - KF法兰接口，装配(左)和爆炸视图(右)

o形环组件包括一个定心的金属环和一个绕着它的o形环。法兰的两个配合部分设计有一个倒角唇和一个接口，以定位o形圈组件。带螺旋螺母(或拇指螺钉)的圆形爪用于压缩o形圈组件和两个法兰部件，以创建密封。

该界面可维持烘烤温度高达~ 150°C。注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多尔相机的最大可持续烘烤温度是+55°C。

KF法兰格式由公称内径(id)以毫米为单位确定，例如KF100的内径为100毫米。标准尺寸从KF10到KF50[6]。

请与您当地的安多尔代表联系，了解更多信息。

4.麦克弗森的光谱仪

安铎牛顿CCD探测器选项-995可以很容易地连接到表5所列的光谱仪。

Newton -995相机(例如DO920P-BN-995或DO940P-BN-995)的耦合接口是一个o形圈密封法兰，设计传感器图像平面位于面板正面后面5.4毫米，孔径为38 x 25mm。有关这些摄谱仪的软件控制，请参考[7]，关于相机的进一步详细信息请参见附录A。

型号	波长范围(nm)		焦距(毫米)	光谱分辨率(nm)	多轨	高真空	光学设计
234/302	VUV	30至550	200	0．1	-	是的	凹面全息
225	VUV	30至1200	1000年	0.015	是的	是的	正常的发病率
248/310G	软x射线EUV, XUV	< 1 ~ 310	1000年	0.018	-	是的	掠入射

表5 -与Andor -995法兰变体兼容的主要VUV/EUV/XUV光谱仪

过滤器

Andor开前“SO”相机可以与滤波器耦合，以消除有用信号上的低能量辐射的不必要贡献。

对于具有3-30 keV能量范围内有用信息的x射线实验(用硅基探测器进行“直接”x射线探测)，通常使用铍(Be)或铝(Al)薄箔。铍滤光片的典型透射特性随厚度的变化如图6所示。

图6 -典型的铍滤光片透射曲线随材料厚度的变化

相机平台	标准Be滤芯厚度	标准Be滤芯直径[透明孔径]	最小推荐厚度*
牛顿如此	250μm	Ø45.5±0.2 mm [Ø35.0mm]	200μm
iKon-M所以	250μm	Ø45.5±0.2 mm [Ø35.0mm]	200μm
iKon-L所以	250μm	Ø60.0±0.2 mm [Ø45.0mm]	250μm
iKon-XL所以	250μm	Ø105.0±0.2 mm [Ø95.0mm]	250μm

表6 - Andor开放式“SO”平台的标准过滤器厚度
*可通过CSR -更薄的窗户增加破碎的风险，长期压力

其他的过滤器选项[8]可以通过安道公司的CSR流程来考虑。请联系您当地的安多尔代表了解更多信息。有关过滤器和过滤器支架的更多信息，请参见附录B。

有两个选项的耦合过滤器Andor开前置' SO '相机:

一个真空室兼容的滤光片支架，可以通过卡口或螺丝插入接口连接到相机上(取决于相机接口，见表4)。
一个过滤器安装，允许相机从真空室解耦，并用作一个独立的探测器(或“SY”)。注意，这种配置不能附加到另一个真空室

真空室兼容过滤器支架

图7 - Newton和iKon-M(上)和iKon-L(下)真空室兼容过滤器支架

过滤器支架SO-FILTER-HOLDER-xx有一个内置的泵通道，以确保过滤器两侧的压力平衡，从而最大限度地减少机械应力和对过滤器损坏的风险。

独立相机滤光片支架(SO-to-SY相机型转换器)

SO-to- sy过滤器支架组件，适用于Newton和iKon-M和iKon-L开放式“SO”平台

图8 - Newton & iKon-M(上)和iKon-L(下)开放式“SO”平台SO-to- sy过滤器支架总成

FLG-SO-SY-CONVERT-45安装在牛顿和iKon-M“所以”摄像机系列。FLG-SO-SY-CONVERT-60安装在iKon-L“所以”摄像机系列。真空密封界面呈刀口状。

过滤器和传感器之间的真空是通过将泵连接到图7突出显示的接口来实现的，该接口配有KF16接口。注意，由于这个接口依赖于o形环真空密封，压力可以降低到10-6毫巴。建议持续抽吸，以保持最高程度的真空，也确保访问最低的相机冷却温度。

附录A -用于VUV / EUV / XUV成像和光谱的Andor '开式' ' SO '探测器

Newton CCD平台和iKon-M CCD平台

传感器量子效率(QE)的考虑

Newton CCD平台和iKon-M CCD平台

传感器类型的关键:

BN:黑色背景un-coated传感器
BR-DD:背光AR涂层深度损耗传感器
FI:front-illuminated

请注意，可以考虑将其他传感器集成到安多尔“开放式”“SO”平台中-请联系您的当地安多尔代表了解更多细节

BN-DD:背光深度损耗无涂层传感器-与- bn型相比增加了更高的能量QE
FI-DD:前置照明深度损耗传感器-增加了更高的能量QE相对于保真类型

探测器的光谱

	牛顿DO920P-XX	牛顿do920p - bn - 995	牛顿DO940P-XX	牛顿do940p - bn - 995
传感器格式	1024 x 255矩阵 26μm像素 e2v CCD 30-11		2048 × 512矩阵 13.5μm像素 e2v CCD 42-10
传感器尺寸	26.7 x 6.7毫米		27.6 x 6.9 mm
传感器选项(- xx)	本,BR-DD FI	本	本,BN, FI	本,BN
最低TE-cooling温度	-100°C	-100°C	-100°C	-100°C
最大光谱率	273 SPS(>1,580带裁剪模式)		122 SPS(>940带裁剪模式)
像素井深	500000 e -		100000 e -
注册井深	1000000 e -		150,000 e- (HS模式) 600,000 e- (HC模式)
读出噪声	4 e- @ 50 kHz读数		3.5 e- @ 50 kHz读数
电脑接口	USB 2.0
法兰接口	Dn100cf / 6”cf / cf -152	o形环密封，传感器5.4毫米后面板，38 x 25毫米孔径	Dn100cf / 6”cf / cf -152	o形环密封，传感器5.4毫米后面板，38 x 25毫米孔径

探测器成像

探测器成像	iKon-M DO934P-XX	w-xx iKon-L DO936N - * 0	230年iKon-XL XLO-EAxx-C0	231年iKon-XL XLO-EAxx-C0
传感器格式	1024 x 1024矩阵 13μm像素 e2v CCD 47-10	2048 x 2048矩阵 13.5μm像素 e2v CCD 42胜40负	e2v CCD 230 - 84 4096 (H) x 4112 (V)矩阵15 μm像素	e2v CCD 231 - 84 4096 (H) x 4112 (V)矩阵15 μm像素
传感器尺寸	13.3 x 13.3 mm	27.6 x 27.6 mm	61.4 x 61.7 mm
传感器选项(- xx)	Ben bn br-dd fi	Ben bn br-dd fi	BN	本,BN, BR-DD
最低TE-cooling温度	-100°C	-100°C	-75°C
最大图像速率	4.4帧/秒	0.95帧/秒	> 0.5帧/秒	> 0.35帧/秒
像素井深	100000 e -	100000 e - 150000 e - [BR-DD]	150000 e -	350000 e -
输出节点容量井深	250000 e -	1000000 e -	450000 e - (HS) 900000 e - (HC)	600000 e -
读出噪声	2.9 e- @ 50 kHz 3.3 e- @ 50 kHz [BR-DD]	2.9 e- @ 50 kHz 4.3 e- @ 50 kHz	4.5 e- @ 100 kHz	2.1 e- @ 100 kHz
电脑接口	USB 2.0		USB3.0,光纤
法兰接口	Dn100cf / 6”cf / cf -152	Dn100cf / 6”cf / cf -152	Dn160cf / 8”cf / cf -203

表7 - Andor '开式'摄像机关键规格

附录B - '开式' ' SO '相机配件

相机平台	过滤器支架部件编号	标准Be过滤器尺寸(Ø x厚度)	标准过滤器零件号(单独订购)	最小推荐厚度*	Max。推荐的厚度
牛顿	包含在相机	Ø45.5 mm × 250 μm	acc -选择- 02839	200μm	500μm
iKon-M	包含在相机	Ø45.5 mm × 250 μm	acc -选择- 02839	200μm	500μm
iKon-L	SO-FILTER-MNT-IKONL	Ø60.0 mm × 250 μm	acc -选择- 03838	250μm	500μm
iKon-XL	SO-FILTER-MNT-IKONXL	Ø105.0 mm × 250 μm	acc -选择- 10395	250μm	500μm

表8 - Andor开放式“SO”平台的标准过滤器和支架参考资料
*可通过CSR -更薄的窗户增加破碎的风险，长期压力

注意:CF ConflatTM法兰的铜垫圈可从许多供应商采购。该部件也可以从安道订购参考ac - flg - so - gskt - cu。

附录C -问答

Q1:真空室压力是否影响“前置”SO相机所能达到的最低冷却温度?

A1:当压力低于~10- 5mbar时，对冷却温度没有影响

Q2:定制ConflatTM法兰设计应该提供什么信息?[6]

参数	价值	笔记
真空室标准的兼容性?		例如DN200CF或12”(如果适用)
外径?	毫米或英寸	Ø45.5 mm × 250 μm
内径?	毫米或英寸	这可以参考传感器周围的透明光圈
刀口直径吗?	毫米或英寸
安装孔距圆直径(PCD)?	毫米或英寸
安装孔的格式吗?	毫米或英寸	例如M8或3 / 8
螺栓安装方向?		这是螺钉应该从哪个方向插入，例如，相机法兰到真空室，或真空室到相机法兰
旋转法兰吗?		例如，是/否，步骤粒度(以度为单位)
法兰到传感器平面的距离(公称)	毫米或英寸	从相机正面到传感器平面
滤光片夹的要求		是/否，过滤器类型/材料/厚度

Q3: Andor“SO”相机是否可以适应现有的真空室设置，设计为“跨式”法兰配置?

平台	6 "法兰'跨座'配置	4.5英寸法兰“跨式”配置
牛顿'所以'	？是的牛顿SO模型可以适应11.25º步长旋转作为标准法兰到传感器平面的距离= 0.13 " [3.2mm] 兼容标准牛顿“SO”卡口过滤器支架配置[包括]	！需要更多的信息请与您当地的安铎代表联系，讨论具体的VUV/EUV/XUV光谱仪焦平面配置
iKon-M '所以'	？是的 iKon-M ' SO '型号可适应11.25º步长旋转作为标准法兰到传感器平面的距离= 0.13 " [3.2mm] 包括标准的iKon-M ' SO '卡口过滤器支架	？是的变体' -9NP '(例如DO934P-BN-9NP)可以适应跨跨配置法兰到传感器平面的距离= 0.23 " [5.9 mm] 包括卡口过滤器支架
iKon-L '所以'	？是的变体' - 9ow '(例如DO936N-*0W-BN-9OW)可以适应跨跨配置法兰到传感器平面的距离= 0.24 " [6.1 mm] 包括标准的iKon-L ' SO '螺纹式过滤器支架	不可用

图10 -“跨式”结构真空法兰示意图(左)和安多尔标准结构真空法兰示意图(右)

Q4: ISO法兰设计需要提供哪些信息?[6]

参数	价值	笔记
真空室标准兼容性(如果有)?		例如ISO-F 100或ISO-K 100
管外径?	毫米或英寸
法兰外径?	毫米或英寸
法兰厚度吗?	毫米或英寸
螺栓数量(ISO-F)?		例如:8x Ø9 mm上Ø145 mm
对中o形圈总成特性?		例如ISO 100格式，或者定义唇的内径和外径(毫米或英寸)和厚度(毫米或英寸)
螺栓安装方向?		这是螺钉应该从哪个方向插入，例如，相机法兰到真空室，或真空室到相机法兰
旋转法兰吗?		例如，是/否，步骤粒度(以度为单位)
法兰到传感器平面的距离(公称)	毫米或英寸	从相机正面到传感器平面

附录D -有用的文件和链接

ISO 21348太阳辐照度光谱类别的定义http://www.spacewx.com/pdf/SET_21348_2004.pdf
压力转换工具http://www.unit-conversion.info/pressure.html
日本法兰标准JIS:http://www.baleng.com.au/flanges-japanese-standard.php
麦弗逊真空紫外软x射线和极紫外摄谱仪http://www.mcphersoninc.com/spectrometers/xuhvvuvuv/xuhvvuvuv.html而且http://www.mcphersoninc.com/spectrometers/vuvuvvis/vuvuvvis.html
H+P平场XUV / EUV / VUV摄谱仪http://www.hoerlein-partner.com
Lesker网站http://www.lesker.com/newweb/menu_flanges.cfm
第三方摄谱仪的Andor软件控制技术说明可在MyAndor
铍和铝过滤器传输http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html

其他有用的参考

安铎高能检测产品手册https://andor.oxinst.com/assets/uploads/Andor_High_Energy_Detection_Brochure.pdf
CF真空法兰连接/安装提示http://www.lesker.com/newweb/flanges/flanges_technicalnotes_conflat_1.cfm#CF_Installation