CN114220728B - 一种惰性气体放电真空紫外光源 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种惰性气体放电真空紫外光源。本发明的惰性气体放电真空紫外光源，包括放电激发系统、气体流动控制系统、通光窗片、真空系统。通过引入氦气流降低了放电激发腔后的氪原子分压，减少了亚稳态氪原子对真空紫外光子的自吸收，提高真空紫外光输出，并能带走放电激发腔产生的污染物，避免了污染物在通光窗片上的沉积，提高了通光窗片的寿命，进而提高光源使用寿命。本发明能够解决目前气体放电灯主要存在的输出光子数不高和光源寿命短两方面的问题，提高真空紫外光输出和光源寿命。

Description

一种惰性气体放电真空紫外光源
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是一种惰性气体放电真空紫外光源。
背景技术
真空紫外光在光化学和分析化学等领域有广泛的应用，能够产生真空紫外光的装置或方法主要有激光器、四波混频、倍频和气体放电灯等。气体放电灯通过放电将气体原子激发到高能级，原子从高能级向低能级发生跃迁时，可以产生特征谱线的真空紫外光，结构较为简单，但是主要存在输出光子数不足和光源寿命短两方面的问题。
气体放电灯输出光子数不高是由于气体原子的自吸收效应，气体放电通常需要几十至一百帕的气压来维持较好的放电状态，但是在这样的气压下，气体原子密度较大，部分基态气体原子会吸收真空紫外光子跃迁到高能级，使气体放电灯输出的真空紫外光子数减少。
气体放电灯光源寿命短是由于通光窗片的污染问题，气体放电导致放电灯材料不断熔化飞溅到通光窗片上，对通光窗片形成了污染，降低了窗片的透光率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中通光窗片污染、窗片透光率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种惰性气体放电真空紫外光源，包括放电激发系统、气体流动控制系统、通光窗片、真空系统；放电激发系统包括激励源、放大器、放电激发腔、线圈和屏蔽层；气体流动控制系统包括气瓶、质量流量控制器和进气管；真空系统包括法兰转接、法兰、盖板、O圈、真空泵和压力计；氪气和氦气从气瓶中通过进气管进入真空系统，用质量流量控制器分别对氪气和氦气的流速进行控制；放电激发腔末端与进气管末端紧贴，放电激发腔末端平面与进气管内部空腔相切，使得放电激发腔尽可能地靠近通光窗片。
进一步地，真空系统通过法兰转接固定进气管，利用无氧铜垫圈和法兰刀口实现法兰转接和法兰的密封，通过盖板和O圈实现法兰和放电激发腔的密封，同样通过盖板和O圈实现通光窗片和法兰及盖板的密封，通过调节真空泵的抽速控制放电激发腔内气压，通过压力计检测放电激发腔内气压。
进一步地，放电激发系统利用射频源或微波源作为激励源，经过放大器后提供给线圈，将部分氪原子放电激发成氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子。
进一步地，部分氪离子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子，部分高能级氪原子向低能级跃迁时放出波长为123.6nm的紫外光子，部分亚稳态氪原子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子。
进一步地，放电激发腔和进气管的材料为石英。
进一步地，线圈和屏蔽层的材料为铜。法兰转接、法兰和盖板的材料为304钢。通光窗片采用氟化镁窗片。
进一步地，氪气在放电激发腔中被激发，产生氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子，氪离子通过与其他原子的碰撞产生真空紫外光子，高能级氪原子向低能级跃迁时放出真空紫外光子，产生的真空紫外光子通过通光窗片输出。
有益效果
(1)本发明提供的惰性气体放电真空紫外光源通过引入氦气流，降低了放电激发腔后的氪原子分压，减少了亚稳态氪原子对真空紫外光子的自吸收，提高了真空紫外光输出，同时不会影响放电激发腔的气压。
(2)本发明提供的惰性气体放电真空紫外光源通过氦气流吹扫通光窗片来带走放电激发腔产生的污染物，避免了污染物在通光窗片上的沉积，提高了通光窗片的寿命，进而提高了真空紫外光产生装置的使用寿命。
(3)放电激发腔的末端与进气管末端紧贴，放电激发腔末端平面与进气管内部空腔相切，使得放电激发腔尽可能地靠近通光窗片，提高了真空紫外光输出，同时，避免了放电激发腔中的电子和离子等溅射到法兰的金属内壁，避免了产生的熔融物污染通光窗片，提高了真空紫外光源寿命。
附图说明
图1是本发明惰性气体放电真空紫外光源的三维结构图。
图2是本发明惰性气体放电真空紫外光源的结构剖视图。
图3是氪原子能级结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明的惰性气体放电真空紫外光源，包括放电激发系统、气体流动控制系统、通光窗片3、真空系统。
如图2所示，放电激发系统包括激励源、放大器、放电激发腔110、线圈120和屏蔽层130；气体流动控制系统包括气瓶、质量流量控制器210、质量流量控制器211和进气管220；真空系统包括法兰转接410、法兰420、盖板430、O圈440、真空泵和压力计；氪气和氦气从气瓶中通过进气管进入真空系统，用质量流量控制器210、质量流量控制器211分别对氪气和氦气的流速进行控制；放电激发腔110末端与进气管220末端紧贴，放电激发腔110末端平面与进气管220内部空腔相切，使得放电激发腔110尽可能地靠近通光窗片3。
真空系统通过法兰转接410固定进气管220，利用无氧铜垫圈和法兰刀口实现法兰转接410和法兰420的密封，通过盖板430和O圈440实现法兰和放电激发腔的密封，同样通过盖板和O圈实现通光窗片3和法兰420及盖板的密封，通过调节真空泵的抽速控制放电激发腔内气压，通过压力计检测放电激发腔内气压。
放电激发系统利用射频源或微波源作为激励源，经过放大器后提供给线圈，将部分氪原子放电激发成氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子。
如图3所示，部分氪离子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子，部分高能级氪原子向低能级跃迁时放出波长为123.6nm的紫外光子，部分亚稳态氪原子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子。
放电激发腔110和进气管220的材料为石英。线圈120和屏蔽层130的材料为铜。法兰转接410、法兰420和盖板430的材料为304钢。通光窗片3采用氟化镁窗片。
氪气在放电激发腔110中被激发，产生氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子，氪离子通过与其他原子的碰撞产生真空紫外光子，高能级氪原子向低能级跃迁时放出真空紫外光子，产生的真空紫外光子通过通光窗片输出。
氦气流从进气管220进入真空系统，降低了放电激发腔110后的氪原子分压，减少了亚稳态氪原子对真空紫外光子的自吸收，提高了真空紫外光输出。
气体流动控制系统，通过质量流量控制器控制氪气和氦气的流量，进而调节氪氦混合气的组分比例。同时，氦气流的存在使得竖直方向上氪原子分压降低，既能保证放电激发腔有适宜放电的较高气压，又减少了亚稳态氪原子对真空紫外光子的自吸收，提高了真空紫外光输出。放电激发腔的末端与进气管末端紧贴，放电激发腔末端平面与进气管内部空腔相切，使得放电激发腔尽可能地靠近通光窗片，提高真空紫外光输出，同时，避免了放电激发腔中的电子和离子等溅射到法兰的金属内壁，避免产生的熔融物污染通光窗片，氦气流吹扫通光窗片还能带走放电激发产生的污染物，避免通光窗片受到污染，进而提高了真空紫外光源的寿命。
以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用来限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，包括放电激发系统、气体流动控制系统、通光窗片(3)、真空系统；放电激发系统包括激励源、放大器、放电激发腔(110)、线圈(120)和屏蔽层(130)；气体流动控制系统包括氪气瓶、氦气瓶、质量流量控制器(210、211)和进气管(220)；真空系统包括法兰转接(410)、法兰(420)、盖板(430)、O圈(440)、真空泵和压力计；
激励源经过放大器与线圈(120)相连，屏蔽层(130)包围线圈(120)，线圈(120)包围放电激发腔(110)前端；
真空系统通过法兰转接(410)固定进气管(220)，利用无氧铜垫圈和法兰刀口实现法兰转接(410)和法兰(420)的密封，通过盖板(430)和O圈(440)实现法兰和放电激发腔的密封，同样通过盖板和O圈实现通光窗片(3)和法兰(420)及盖板的密封，通过调节真空泵的抽速控制放电激发腔内气压，通过压力计检测放电激发腔内气压；
氪气和氦气从气瓶中分别通过放电激发腔(110)和进气管(220)进入真空系统，用质量流量控制器(210、211)分别对氪气和氦气的流速进行控制；
放电激发腔(110)从法兰(420)左侧进入法兰(420)，进气管(220)从法兰(420)上部进入法兰(420)，法兰(420)右侧开有放置通光窗片(3)的凹槽，通光窗片(3)通过凹槽安装法兰(420)上，通光窗片(3)和放电激发腔(110)末端分别位于进气管(220)末端两侧，在通光窗片(3)、放电激发腔(110)末端与进气管(220)末端之间构成气体流动和光子通过的空间，放电激发腔(110)末端与进气管(220)末端紧贴，放电激发腔(110)末端平面与进气管(220)内部空腔相切，使得放电激发腔(110)尽可能地靠近通光窗片(3)。
2.根据权利要求1所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，放电激发系统利用射频源或微波源作为激励源，经过放大器后提供给线圈，将部分氪原子放电激发成氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子。
3.根据权利要求2所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，部分氪离子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子，部分高能级氪原子向低能级跃迁时放出波长为123.6nm的紫外光子，部分亚稳态氪原子与氪原子碰撞时产生波长为123.6nm的紫外光子。
4.根据权利要求1-3任一项所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，放电激发腔(110)和进气管(220)的材料为石英。
5.根据权利要求1-3任一项所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，线圈(120)和屏蔽层(130)的材料为铜。
6.根据权利要求1-3任一项所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，法兰转接(410)、法兰(420)和盖板(430)的材料为304钢。
7.根据权利要求1-3任一项所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，通光窗片(3)采用氟化镁窗片。
8.根据权利要求1-3任一项所述的惰性气体放电真空紫外光源，其特征在于，氪气在放电激发腔(110)中被激发，产生氪离子、高能级氪原子和亚稳态氪原子，氪离子通过与其他原子的碰撞产生真空紫外光子，高能级氪原子向低能级跃迁时放出真空紫外光子，产生的真空紫外光子通过通光窗片(3)输出。
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