CN204615146U - 一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置，该装置(12)连接了脉冲激光器(11)、薄膜沉积系统(13)以及真空手套箱(14)。脉冲激光器(11)型号是PRO-320 Nd:YAG，双光路装置(12)一共由七面介质膜反射镜、一面聚焦镜以及相应镜架和光路防护设备组成。两条光路分别对应波长为1064纳米、532纳米的激光，其中波长为1064纳米的不可见红外光分别经过三面反射镜和一面聚焦镜到达反应炉；可见的波长为532纳米绿光会经过四面反射镜到达薄膜沉积腔体。本实用新型克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本较低的双光路装置。该装置可以整合一台激光器与多个不同的实验终端，极大的提高了实验研究以及社会生产的效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体科学技术领域，具体涉及一种可以有效连接一台脉冲激光器与多种终端实验腔体(例如薄膜沉积系统、真空手套箱)的双光路装置。
背景技术
激光器可以在连续或者脉冲两种模式下工作，当光脉冲的速率小于激光器的空腔寿命时，称为脉冲激光器。该激光器产生的激光具有高功率、高稳定性、低发射度等优点，并且会在瞬间释放巨大能量，使得金属材料局部蒸发。在半导体行业中，常使用脉冲激光器生长薄膜材料，首先利用激光高功率的特点使得金属材料溅射成等离子体状态，然后这些等离子羽辉沉积到基片上进而形成半导体等薄膜材料；在光谱学测量方面，使用脉冲激光器将待测试材料激发到不稳定状态，进而可以测量材料的特征吸收或者发射谱线。通常情况下都是一台激光器配备一套终端设备，但有些激光器具有两个或者多个出光口，激光器的使用效率并不高。
我们的脉冲激光器具有三个出光口，其中有两个出口可以同时发出两种不同波长的激光。基于这种情况，我们设计了一套相互独立的双光路装置，用于连接一台激光器与多种不同的实验终端。在整个光路中主要采用介质膜反射镜来搭建光路，不同波长的激光以及不同的光路需要使用相应的高反射介质膜。双光路装置可以使得一台激光器同时开展不同的实验研究，这种改进会大大提高激光器的使用效率。当然我们也可以将两条光路整合成一条光路，而只采用一个实验终端，进行时间分辨的测量，该技术也具有相当大的实用空间。
因此，针对现有技术的不足。一种改进的实验装置特别是能够使得一台激光器同时独立开展不同的实验研究已经显得非常重要。
实用新型内容
本实用新型要解决技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本较低的双光路装置。该装置可以整合一台激光器与多个不同的实验终端，极大的提高了实验研究以及社会生产的效率。
本实用新型采用的技术方案为：一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置，该 双光路装置连接了脉冲激光器、薄膜沉积系统以及真空手套箱，其中：脉冲激光器的型号是PRO-320Nd:YAG激光器，该激光器由Nd:YAG晶体产生1064纳米波长的特征激光，经过倍频可以产生波长为532纳米的激光，两种不同波长的激光分别有不同的出口，薄膜沉积系统用于沉积等离子体羽辉，进而形成半导体薄膜材料，双光路装置一共由七面介质膜反射镜、一面聚焦镜以及相应镜架、反应炉和光路防护设备组成，两条光路分别对应波长为1064纳米、532纳米的激光，其中不可见的波长为1064纳米红外光分别经过三面介质膜反射镜和一面聚焦镜到达反应炉；可见的波长为532纳米绿光经过四面介质膜反射镜后到达沉积腔体。
进一步的，真空手套箱的型号是Universal1500/750/900，用于光谱学测量。
进一步的，该脉冲激光器稳定性强，发射度小，重复频率为10赫兹。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)、本实用新型设计成本较低，也较为容易实现。
(2)、本实用新型实现了一台激光器与两套或者多套实验仪器的连接。
(3)、本实用新型可以使得激光器同时独立进行材料的生长与测试，弥补现有设备的不足，极大提高脉冲激光器使用效率。
附图说明
图1是本实用新型原理框图。
图2是本实用新型总体结构装配图。
图3是系统中的光路原理图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，有些细节被提出以提供对本实用新型的全面理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的，采用本实用新型的某些或全部特征可以实施本发明，不需要某些特定细节也可以实施本发明。在其他情况下，以框图的形式显示公知的结构和设备以防止晦涩本实用新型的基本原则。
应当理解，图1到图3仅仅是示意性的并且可以不按比例绘制。
本实用新型设计了一种能够有效连接一台激光器和两个实验腔体的双光路装置。下面结合附图，详细描述本实用新型的具体实施方式：
图1是本实用新型的原理框图。通常情况下，脉冲激光器11产生激光会经过光路到达实验终端例如薄膜沉积系统13或者真空手套箱14。但是我们的激光器有三个出光口，同时可以产生至少两种波长的激光，目前的光路系统只是把一台脉冲激光器11与薄膜沉积系统 13相连接，只能使用脉冲激光的一个出光口，这种设计未有效的利用脉冲激光器。我们设计了一套双光路装置12能够将脉冲激光器11与薄膜沉积系统13、真空手套箱14有机的结合起来。从脉冲激光器产生的波长分别为1064纳米、532纳米激光经过不同光路到达不同终端系统。我们可以使用两路互不干扰的激光，完成不同的实验研究，这样能够很好的整合资源，同时也能提高实验研究的效率。
图2是本实用新型总体结构装配图。图2中左边部分是整套系统的激光器部分，图2中间部分是整套系统的真空手套箱部分，图2中右边部分是整套系统的薄膜沉积部分，我们只是绘制了该部分的示意图。脉冲激光器11水平放置在激光平台21上以保证产生的激光是沿着水平方向，我们采用的激光器型号是PRO-320Nd:YAG，该激光器产生的激光稳定性强，发射度小(出光口的光斑大小为8-10毫米)，重复频率为10赫兹。该激光器中由Nd:YAG发出的初始波长为1064纳米特征激光，经过振荡器、放大器，在到达出口之前，会经过倍频晶体产生倍频效果，可以同时产生波长为532纳米、355纳米、266纳米的激光，我们主要使用1064纳米和532纳米的激光进行实验研究。这两种波长的激光会经过不同的出光口，我们测量的结果表明波长为1064纳米和532纳米的激光功率分别为5.6瓦和2.7瓦，前者为不可见的红外光，后者为绿光。由激光器11产生的激光会经过光路防护盒子一22，到达光路防护盒子二24(盒子二24由支架23支撑)，两束激光继续由盒子二24里镜子反射到达防护盒三25。其中波长为1064纳米的激光会经过反射镜垂直进入真空手套箱14内部，再经过聚焦到达测量位置；另一束波长为532纳米的激光继续前行经过防护盒四26到达薄膜沉积系统13内部。两束光路互不干扰，1064纳米激光主要用于在真空手套箱内对高温熔盐的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析，即利用高能脉冲激光对高温加热中的熔融氯盐、过渡金属离子和稀土金属离子进行激光聚焦烧蚀或者溅射。因此为了维持熔融氯盐无水无氧的苛刻条件，我们在手套箱内充入保护气体，如氮气、氩气或者氦气，另外箱体内合成样品时保持负压，而样品进行激光烧蚀时需要保持正压。我们在研究中发现光路会受到气压比较大的影响，特别是正负压下光路会产生较大的差异，所以我们采用光路垂直入射的设计，这种光路不会受到气压的太大影响，对于我们的实验研究有较大帮助。手套箱内部的主要研究方法是使用该激光将融化的氯盐溅射成等离子体，同时利用光纤将该等离子体发射的光谱信号耦合传输至光谱仪，为光谱分析熔盐各构成组分和含量做准备。另一束532纳米的激光会到达薄膜沉积系统13，该系统是从美国购买零部件，然后由我们自行搭建而成。在薄膜沉积系统13中，532纳米激光可以溅射不同的金属蒸发源，将其溅射成等离子体状态，最终这些等离子体羽辉沉积到基底上形成薄膜，薄膜性质主要受到蒸发源以及蒸发过程的影响。
图3是本实用新型中的光路原理图。由激光器11发出的波长为1064纳米红外激光从出 口31水平发出经过第一块反射镜32，然后垂直上升到达反射镜33，再经过反射镜34垂直下降经过聚焦镜35最终到达真空手套箱中反应炉36；由激光器11发出的第二束532纳米绿光从出口37水平发出(两个出口31、37的距离大约为10厘米)，分别经过反射镜38、39、310、311，最终到达薄膜沉积系统13内部的沉积腔体312。目前普通的反射镜效率大概为90％，经过三块或者四块反射镜，激光强度会衰减较多，所以我们采用镀有介质膜的镜子作为反射镜，这种镜子反射效率非常高，这样可以保证到达反应炉36以及沉积腔体312的激光强度不会下降很多。使用该种镜子时需要针对不同波长以及不同入射出射角度的激光制作相应的介质膜。
双光路系统的设计较为简单轻便，能够有效的提高实验研究效率。根据以上设计，完成双光路系统的设计所需要部件，具体请见表1。
表1独立腔体所需部件
| 名称 | 数量 | 型号 |
| 脉冲激光器 | 1 | PRO-320 |
| 真空手套箱 | 1 | Universal(1500/750/900) |
| 薄膜沉积系统 | 1 | 采购部件，自主安装 |
| 介质膜反射镜 | 4 | 532纳米 |
| 介质膜反射镜 | 3 | 1064纳米 |
| 聚焦镜 | 1 |
总之，本实用新型实现了一台激光器与多套实验仪器的自然连接，系统结构简单，搭建方便，投入使用后可以很好的整合资源，提高仪器设备的使用效率。
本实用新型未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围，这些变化是显而易见，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。
Claims (3)
1.一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置，其特征在于：该双光路装置(12)有效连接脉冲激光器(11)、薄膜沉积系统(13)以及真空手套箱(14)，其中：脉冲激光器(11)的型号是PRO-320Nd:YAG，该激光器由Nd:YAG晶体产生1064纳米波长的特征激光，经过倍频可以产生波长为532纳米的激光，两种不同波长的激光分别有不同的出口，薄膜沉积系统(13)用于沉积等离子体羽辉，进而形成半导体薄膜材料，双光路装置(12)一共由七面介质膜反射镜、一面聚焦镜以及相应镜架、反应炉(36)和光路防护设备组成，两条光路分别对应波长为1064纳米、532纳米的激光，其中波长为1064纳米的不可见红外光分别经过三面介质膜反射镜(32、33、34)和一面聚焦镜(35)到达反应炉(36)；可见的波长为532纳米绿光经过四面介质膜反射镜(38、39、310、311)后到达沉积腔体(312)。
2.根据权利要求1所述的一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置，其特征在于：真空手套箱(14)的型号是Universal1500/750/900，用于光谱学测量。
3.根据权利要求1所述的一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置，其特征在于：该脉冲激光器(11)稳定性强，发射度小，重复频率为10赫兹。
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|---|---|---|---|---|
| CN104701724A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-06-10 | 中国科学技术大学 | 一种连接脉冲激光器与终端实验腔体的双光路装置 |
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2015
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