用于高能探测的相机真空法兰|概述

为了在真空和极紫外以及软硬x射线范围内有效地探测具有能量的光子，通常在高能辐射源和探测器之间创建一个没有可能干扰有用光子信号的粒子的环境。这是通过将原子或分子抽出实验室来实现的，这些原子或分子将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可用于连接Andor 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射线衍射万博电脑网页版登录成像或光谱学，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吸收，并以更高的能量电离这些物种。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
紫外线真空紫外线(VUV) 极紫外线(EUV)	10 - 200 10 - 121	0.124 - 0.006 0.124 - 0.1	被大气中的氧吸收，<~180 nm时明显增加，潜在电离辐射
软x射线极端紫外线(XUV)	0.1 - 10	12.4 - 0.124	电离辐射
硬x射线	0.001 - 0.1	1240 - 12.4	强电离辐射

表1 -高能辐射能量范围定义

真空方面的考虑

气体粒子对有用的x射线/电子信号的吸收和散射的大小取决于实验环境真空的“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

真空室检测器耦合的考虑

图1所示为Andor ' open front ' ' SO '探测器可附着在真空环境上的示例。

材料考虑和烘烤

真空中使用的材料应:

表现出较低的放气速率(释放被吸附在材料中的气体或水分子)
仔细加工，以尽量减少裂纹和/或缺陷的数量，可能会捕获不必要的气体或水分
耐烘烤温度

烘烤过程用于迫使暴露在真空中的表面的杂质，因为这些杂质可能会导致气体排出并影响真空的质量。这可能反过来影响探测器的最低冷却温度。

安多真空法兰都是从不锈钢304级．

法兰标准注意事项

有三种主要的法兰标准用于耦合相机真空外壳。这些格式将在以下章节中描述:

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”，可以通过安道的客户特殊要求(CSR)流程考虑。请联系您当地的安铎代表了解更多信息。

连接VUV/EUV/XUV摄谱仪

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 spectro[5]。然而，这些摄谱仪可能不按照上面列出的连接标准设计。

有关可用选项的进一步详细信息，请参阅本文档的麦弗逊光谱仪部分。如有其他选择，请与您当地的安多代表联系以获取进一步信息。

1.CF(或ConFlatTM) / ICF格式

这种法兰形式是基于金属对金属密封的刀口界面。它适用于从常压到超高真空(< 10⁻¹³Torr或< 1.3x10^-13年mbar) -研究级的“直接检测”，前置摄像头兼容低至10的压力环境⁸/ 10⁹mbars。

图2 -典型的CF法兰接口，带有软金属垫圈，如图所示

刀口密封涉及到法兰一侧的一个锋利的硬材料楔形，当连接螺栓拧紧时，它会切入配套部件上的软金属垫圈。软金属(例如无氧铜)的延展性用于填充法兰上的小缺陷，提供了一个非常密封性，同时还补偿了在烘烤至~ 450°C期间潜在的热膨胀不匹配。请注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多相机的最大可持续烘烤温度为+55°C。

有两种不同的定义标准来指定这种法兰格式，其等效性如表3所示:

欧洲/亚洲标准使用字母“DN”后跟法兰内径(ID)，单位为mm，例如DN10表示法兰内径为10mm。
美国标准使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]	美洲[外径，英寸]	笔记
DN10CF	1	(1）
DN16CF	1 ?(“迷你”)	(1）
DN25CF	2呢?	(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)

下表总结了安多标准法兰接口的技术特点。如需其他格式，请联系您当地的Andor代表:

摄像平台(a)	牛顿DO920P-xx	iKon-M DO934P-xx	icon - l DO936N-*0W-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 " [151.6 mm]	5.96 " [151.6 mm]	5.96 " [151.6 mm]	7.97 " [202.4 mm]
内径(ID) (b)	1.97 " [50.0 mm]	1.97 " [50.0 mm]	2.68 " [68.0 mm]	4.41 " [112 mm]
刀口直径(KD)	4.52 " [114.9 mm]	4.52 " [114.9 mm]	4.54 " [115.3 mm]	6.525 "[165.7毫米]
安装孔	16x ø8.5 mm通过PCD ø130.3 mm	16x 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)
法兰到传感器平面距离(标称)	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)
过滤器支架类型	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 -法兰特征尺寸的细节

2.ISO格式(ISO- k和ISO- f)

这种法兰形式是基于o形环密封。它适用于在从大气压到高真空(10−8托或1.3x10-8毫巴)的环境中工作。-研究级“直接检测”，前置摄像头可以在压力环境低至10-6 / 10-7毫巴的情况下工作。ISO格式包括两个主要变体:

ISO-F标准，采用常规螺栓/螺母固定法兰配套部件
ISO-K，采用爪夹固定法兰配合部件

图4 - ISO-F(上)和ISO-K(下)法兰接口，装配图(左)和展开图(右)

o形环组件由一个定心金属环和一个围绕它的o形环组成。两个法兰配合部件设计有凹槽，用于在拧紧连接螺栓或夹具时将o形环组件置于中心。

该界面可以承受高达~ 150℃的烘烤温度。请注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多相机的最大可持续烘烤温度为+55℃。

ISO法兰格式由公称内径(I.D.)以毫米为单位进行标识，例如ISO- k 100或ISO- f 100的内径为100毫米。标准尺寸范围从ISO-63到ISO-630[6]。

牛顿系列和iKon-M系列推荐ISO-K 100或ISO-F 100, iKon-L系列也可以提供。然而，其他更大的过量用药是可以接受的。请联系您当地的安铎代表了解更多信息。

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。它适用于在从大气压到高真空(10−8托或1.3x10-8毫巴)的环境中工作。

KF法兰接口与组装和爆炸视图

图5 - KF法兰界面，左为组装视图，右为展开视图

o形环组件由一个定心金属环和一个围绕它的o形环组成。法兰的两个配合部分设计有一个倒角唇和一个用于定位o形环组件的接口。一个带翼形螺母(或拇指螺钉)的圆形爪用于压缩o形环组件和两个法兰部件，以创建密封。

该界面可以承受高达~ 150°C的烘烤温度。请注意，探测器不能暴露在这样的温度下-安多相机的最大可持续烘烤温度为+55°C。

KF法兰格式由公称内径(I.D.)以毫米为单位来标识，例如KF100的内径为100毫米。标准尺寸范围从KF10到KF50[6]。

请与您当地的Andor代表联系，以了解更多可用选项的信息。

4.麦克弗森的光谱仪

安多牛顿CCD探测器选项-995可以很容易地连接到表5中列出的光谱仪。

Newton -995相机(例如DO920P-BN-995或DO940P-BN-995)的耦合接口是一个o形环密封法兰，传感器图像平面位于面板后5.4 mm，孔径为38 x 25mm。这些摄谱仪的软件控制请参考[7]，关于相机的详细信息请参见附录A。

型号	波长范围(nm)		焦距(mm)	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法兰型号兼容的主要VUV/EUV/XUV光谱仪

过滤器

Andor前置“SO”相机可以与滤波器耦合，以消除无用的低能量辐射对有用信号的贡献。

对于能量范围为3-30 keV的有用信息的x射线实验(硅基探测器的“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 -典型铍滤光片透射曲线随材料厚度的变化

相机平台	标准Be过滤器厚度	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使用-较薄的窗户会增加破损的风险，长期承受压力

其他过滤器选项[8]可能会通过Andor的CSR流程进行考虑。请联系您当地的安铎代表了解更多信息。有关过滤器和过滤器支架的进一步信息，请参阅附录B。

有两个选择耦合滤波器到Andor开面“SO”相机:

一个与真空室兼容的滤镜支架，可以通过卡口或螺纹接口连接到相机上(取决于相机接口，见表4)
一个过滤器安装，允许相机从真空室分离，并用作一个独立的探测器(或“SY”)。注意，这种配置不能连接到另一个真空室

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过滤器损坏的风险。

独立相机滤镜支架(SO-to-SY相机类型转换器)

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

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

FLG-SO-SY-CONVERT-45安装到牛顿和iKon-M“SO”相机系列。FLG-SO-SY-CONVERT-60安装到iKon-L“SO”相机系列。真空密封界面为刀口。

过滤器和传感器之间的真空是通过将泵连接到图7中突出显示的接口来实现的，该接口配备了KF16接口。请注意，由于该接口依赖于o形环真空密封，因此可以实现低至10-6毫巴的压力。建议持续抽吸以保持最高的真空度，并确保获得最低的相机冷却温度。

附录A -用于VUV / EUV / XUV成像和光谱的Andor“开放式”“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

传感器类型键:

BN:背光无涂层传感器
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-请联系您当地的安多尔代表以了解更多详细信息

BN-DD:背光深度损耗非涂层传感器-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-与fi型相比，增加了更高的能量QE

光谱学探测器

	牛顿DO920P-XX	牛顿do920p - bn - 995	牛顿DO940P-XX	牛顿do940p - bn - 995
传感器格式	1024 * 255矩阵 26 μm像素 e2v CCD 30-11		2048 × 512矩阵 13.5 μm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)	Ben, br-dd, fi	本	Ben bn fi	本,BN
最低te冷却温度	-100°C	-100°C	-100°C	-100°C
最大谱率	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 -
井深记录	1000000 e -		15万e- (HS模式) 600,000 e- (HC模式)
读出噪声	4 e- @ 50千赫读数		3.5 e- @ 50千赫读数
电脑接口	USB 2.0
法兰接口	Dn100cf / 6 " cf / cf -152	o形密封圈，传感器在面板后5.4毫米，孔径38 x 25毫米	Dn100cf / 6 " cf / cf -152	o形密封圈，传感器在面板后5.4毫米，孔径38 x 25毫米

成像探测器

成像探测器	iKon-M DO934P-XX	w-xx iKon-L DO936N - * 0	iKon-XL 230 XLO-EAxx-C0	iKon-XL 231 XLO-EAxx-C0
传感器格式	1024 × 1024矩阵 13 μm像素 e2v CCD 47-10	2048 x 2048矩阵 13.5 μm像素 e2v CCD 42-40	e2v CCD 230-84 4096 (H) × 4112 (V)矩阵15 μm像素	e2v CCD 231-84 4096 (H) × 4112 (V)矩阵15 μm像素
传感器尺寸	13.3 × 13.3 mm	27.6 x 27.6毫米	61.4 x 61.7毫米
传感器选项(-XX)	Ben bn br-dd fi	Ben bn br-dd fi	BN	Ben bn br-dd
最低te冷却温度	-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 - 150,000 e- [BR-DD]	150000 e -	350000 e -
输出节点容量井深	250000 e -	1000000 e -	450,000 e- [HS] 90万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- @ 100千赫
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 -安多'开放式'相机关键规格

附录B -“开放式”“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)	标准过滤器部件号(单独订购)	最小推荐厚度*	Max。推荐的厚度
牛顿	相机自带	Ø45.5 mm × 250 μm	acc -选择- 02839	200μm	500μm
iKon-M	相机自带	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
*可通过CSR使用-较薄的窗户会增加破损的风险，长期承受压力

注意:用于CF ConflatTM法兰的铜垫圈可以从许多供应商采购。该部件也可以根据ac - flg - so - gskt - cu的参考从Andor订购。

附录C -问答

Q1:真空室压力是否影响“开式”“SO”相机所能达到的最低冷却温度?

A1:压力低于~10-5毫巴时，对冷却温度无影响

定制ConflatTM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?		例如DN200CF或12 "(如适用)
外径?	毫米或英寸	Ø45.5 mm × 250 μm
内径?	毫米或英寸	这可以指传感器周围的透明孔径
刀口直径吗?	毫米或英寸
安装孔节圆直径(PCD)?	毫米或英寸
安装孔格式?	毫米或英寸	例:M8或3⁄8
螺栓安装方向?		这是螺钉应该插入的方向，例如，相机法兰到真空室，或真空室到相机法兰
旋转法兰吗?		是/否，步骤粒度(以度为单位)
法兰到传感器平面距离(标称)	毫米或英寸	从摄像头正面到传感器平面
过滤器支架要求		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“跨立”配置	4.5”法兰“跨立”配置
牛顿'所以'	？是的牛顿“SO”模型可以适应11.25º步进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]	！所需的更多信息请与您当地的安多公司代表联系，讨论您特定的VUV/EUV/XUV摄谱仪焦平面配置
iKon-M '所以'	？是的 iKon-M ' SO '模型可适应11.25º步进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)可以适应跨接结构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)可以适应跨置结构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(左)和Andor标准结构(右)的真空法兰示意图

Q4: ISO法兰设计应提供哪些信息?[6]

参数	价值	笔记
真空室标准兼容性(如果有的话)?		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在Ø145 mm上
定心o形环总成特性?		例如ISO 100格式，或另定义唇内径和外径(毫米或英寸)和厚度(毫米或英寸)。
螺栓安装方向?		这是螺钉应该插入的方向，例如，相机法兰到真空室，或真空室到相机法兰
旋转法兰吗?		是/否，步骤粒度(以度为单位)
法兰到传感器平面距离(标称)	毫米或英寸	从摄像头正面到传感器平面

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
麦弗森真空紫外软x射线和极紫外光谱仪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光谱仪http://www.hoerlein-partner.com
Lesker网站http://www.lesker.com/newweb/menu_flanges.cfm
Andor软件控制第三方光谱仪技术说明可在MyAndor
铍铝过滤器传动http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html

其他有用的参考资料

安多高能检测产品简介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