DE10339823B4 - Verwendung eines Fensters in einer Ultrahochvakuum-Kammer - Google Patents
Verwendung eines Fensters in einer Ultrahochvakuum-Kammer Download PDFInfo
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Abstract
Verwendung
eines Fensters in einer Ultrahochvakuum-Kammer für spektroskopische Messungen
mit hoher Zeitauflösung,
das einen starren Trägerrahmen
(1) mit Befestigungsbohrungen (6) außerhalb des Fensterbereiches
und eine Glasscheibe enthält,
wobei der Trägerrahmen
(1) im Fensterbereich (2) zentrisch mehrere kleine Bohrungen (3)
enthält
und mit dem Trägerrahmen
(1) als Glasscheibe ein dünnes
Glasplättchen
(4) mit einer Dicke bis etwa 0,5 mm für das mit hoher Zeitauflösung zu messende
optische Spektrum verlust- und verzerrungsarm verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Fensters in einer Ultrahochvakuum-Kammer für spektroskopische Messungen mit hoher Zeitauflösung, insbesondere zur Pump-Supercontinuum-Probe-Spektroskopie, das einen starren Trägerrahmen mit Befestigungsbohrungen außerhalb des Fensterbereiches und eine Glasscheibe enthält.
- Fenster für eine Ultrahochvakuum-Kammer sind in den verschiedensten Ausführungen für unterschiedliche Anwendungen bekannt.
- Angeboten werden KF- und CF-Schaugläser, wobei CF-Schaugläser insbesondere in Zusammenhang mit vakuumgeglühten Kupferdichtungen verwendet werden. Das Schauglas kann Antireflexschichten, eine Bleiglas-Abschirmung oder eine vakuumseitige InSnO2-Schicht aufweisen.
- Bekannt sind auch Quarz-, Saphir- und MgF2-Schaugläser. Die Dicke des Glases ist im allgemeinen 3-5 mm, in wenigen Ausführungen ab 1 mm. Die bekannten Fenster für UHV-Kammern haben einen erheblichen negativen Einfluss auf die Zeitauflösung bei Pump-Supercontinuum-Probe (SCP)-Messungen mit hoher Zeitauflösung.
- Aus der
DE 697 11 049 T2 ist ein starres Fenster für Vakuumanwendungen bekannt. Die Fenster werden aus einem Einkristall aus Silizium mit zwei oder mehreren dünnen Schichten hergestellt und mit Hilfe eines Silizium-Trägerrahmens weiter gestützt. Die eine Schicht ist eine Ätz-Stopschicht und die andere dient als eine schützende und verfestigende Sperrschicht. Die Fenster werden durch anisotropes Präzisions-Nassätzen von einkristallinem Silizium gefertigt und werden bei Elektronen- und Ionenstrahl- sowie Röntgensystemen und bei anderen elektromagnetischen Strahlen angewendet. Für den sichtbaren Bereich des Spektrums (VIS) ist das Fenster nicht transparent und durch das Einätzen des Fensters in die Struktur des Wafers nicht homogen über den Bereich eines typischen Strahldurchmessers. - Bekannt ist auch aus der
DE 43 01 146 C2 ein Strahlungsdurchlass-Vakuumtrennfenster zur Trennung von verschiedenen Vakuumbereichen mit geringen Druckunterschieden und zum Durchlassen der Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches. Das Vakuumfenster weist ein die Strahlung durchlassende Fensterschicht tragendes Trägerelement sowie ein Metall oder eine Legierung zwischen der Fensterschicht und dem Trägerelement auf. Das Metall/die Legierung ist vorzugsweise Gallium bzw. eine Galliumlegierung, das/die in einem Temperaturbereich einer Betriebsumgebung eine flüssige Phase aufweist. Die Fensterschicht ist ein Film, eine Folie oder eine Dünnschicht. Das Vakuumtrennfenster kann für Röntgen-, Infrarot- oder Ultraviolettstrahlen geeignet. Diese Lösung ist nur bei geringen Druckunterschieden und daher nicht für Außenfenster verwertbar. - Aus der
US 4 939 763 ist ein Fenster für Röntgenstrahlung bekannt, das in einem Trägerrahmen eine dünne Scheibe auf einem stützenden Gitter aufweist. Das stützende Gitter ist im gesamten Fensterbereich angeordnet. Das Fenster ist nicht für einen Einsatz im Ultrahochvakuum geeignet und nicht homogen transparent für infrarotes (IR), sichtbares (VIS) und ultraviolettes (UV) Licht, da das stützende Gitter aus Metall oder Silizium gefertigt ist. Damit ist das Fenster nicht für die Laserspektroskopie und insbesondere für zeitlich kurze Femtosekunden-Pulse (fs-Pulse) anwendbar. - Femtosekunden-Laserpulse erfahren aufgrund ihrer spektralen Breite bei der Ausbreitung in dispersiven Medien eine Veränderung der Phasenfunktion, d.h. die Pulsdauer verändert sich. Die Phasenfunktion von Laserpulsen mit begrenzter spektraler Ausdehnung lässt sich mit optischen Aufbauten, z.B. Prismen- oder Gitterkompressor beeinflussen. Damit kann eine Vorkompensation der durch ein bekanntes UHV-Fenster eingeführten Dispersion realisiert werden.
- Laserpulse mit breiten Spektren (Supercontinuum) lassen sich jedoch mit optischen Standardaufbauten nicht geeignet vorkompensieren. Um die Dauer von Supercontinuum-Pulsen möglichst kurz zu halten und um damit eine hohe Zeitauflösung zu erreichen, muss die Dispersion des optischen Weges zwischen Erzeugung und Probe reduziert werden.
- Bei zeitaufgelösten Pump-Supercontinuum-Probe-Messungen nach S. A. Kovalenko, A. L. Dobryakov, J. Ruthmann, N. P. Ernsting, Phys.Rev. A, Vol. 59, Nr. 3 (1999) S. 2369-2384 beschränkt unter UHV-Bedingungen vor allem die Dispersion eines herkömmlichen UHV-Fensters (Dicke ca. 3 mm) die Zeitauflösung.
- Aufgabe der Erfindung ist ein Fenster, das einen starren Trägerrahmen mit Befestigungsbohrungen außerhalb des Fensterbereiches und eine Glasscheibe enthält so zu verändern, dass es in einer Ultrahochvakuum-Kammer für spektroskopische Messungen mit hoher Zeitauflösung auch zur Pump-Supercontinuum-Probe-Spektroskopie verwendet werden kann, einfach und kostengünstig herstellbar, transparent im sichtbaren Bereich des Spektrums (VIS) und homogen ist sowie eine wesentliche Reduzierung der Dispersion ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Fensters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei der Trägerrahmen im Fensterbereich zentrisch mehrere kleine Bohrungen enthält und mit dem Trägerrahmen ein dünnes Glasplättchen für das mit hoher Zeitauflösung zu messende optische Spektrum verlust- und verzerrungsarm verbunden ist. Nach der Erfindung ist die Dicke des Glasplättchens bis etwa 0,5 mm. In Ausgestaltungen des Fensters beträgt der Durchmesser der Bohrungen etwa 1 bis 3 mm.
- Es ist besonders zweckmäßig, dass das Glasplättchen auf der dem Messobjekt zugewandten Seite eine hochreflektive Beschichtung zur Ausblendung unerwünschter Wellenlängen aus dem Spektrum aufweist.
- Dabei kann der Trägerrahmen ein Metall-Flansch oder Schauglas mit einer geringen Dicke der Auflagefläche für das Glasplättchen sein.
- Ferner wird ein Standard-CF-Flansch mit in der Auflagefläche des Glasplättchens verringerter Dicke verwendet.
- In Ausgestaltung des Fensters ist außerhalb des Fensterbereiches eine umlaufende Nut geringer Tiefe vorhanden.
- Dabei sind der Trägerrahmen und das Glasplättchen verklebt.
- Es ist vorteilhaft, dass der Klebstoff ein hochvakuumtauglicher 2-Komponenten-Kleber ist.
- In einer Ausführungsform des Fensters ist der Trägerrahmen ein Standardglas-UHV-Fenster, das im Fensterbereich kleine Bohrungen geringen Abstandes aufweist.
- Dabei sind das Standardglas-UHV-Fenster und das Glasplättchen miteinander verschmolzen.
- Das erfindungsgemäß verwendete Fenster wird in einer Ultrahochvakuum-Kammer für spektroskopische Messungen mit hoher Zeitauflösung, insbesondere bei der Pump-Supercontinuum-Probe-Spektroskopie, verwendet. Es ist transparent im sichtbaren sowie Nahinfrarot-Bereich und homogen. Seine Herstellung ist sehr einfach und kostengünstig. Mit der Erfindung wird eine wesentliche Reduzierung der Dispersion ermöglicht.
- Das erfindungsgemäß verwendete Fenster wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
- Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
-
1 : die Draufsicht des Fensters mit CF-Flansch und -
2 : die Seitenansicht im Schnitt A-A. - Im Ausführungsbeispiel wird nach den
1 und2 in nicht maßstabgerechter Darstellung als Trägerrahmen1 für das Fenster ein Standard-CF-Flansch mit Befestigungsbohrungen6 verwendet, dessen Dicke zentrisch mit einem Radius von 14,5 mm auf 2 mm reduziert wurde. In der damit entstandenen Auflagefläche7 befinden sich im Fensterbereich2 zentrisch mehrere, mindestens zwei, Bohrungen3 mit einem Durchmesser von 2 mm in einem Abstand von 2,5 mm. Für das Glasplättchen4 als Fenstermaterial wurde ein Mikroskop-Deckgläschen von 20 mm × 20 mm mit einer Dicke von 0,14 mm verwendet, das mit 2-Komponenten-Silberleitkleber zentrisch auf die Auflageflächen2 ;7 geklebt wurde. Um ein ebenes Aufliegen des in1 nicht dargestellten Glasplättchens4 auf den metallischen Auflageflächen2 ;7 zu gewährleisten, wurde um die Bohrungen3 im Fensterbereich2 eine Nut5 von 5 mm Breite und 0,25 mm Tiefe zur Aufnahme des Klebers gefräst. In2 sind auch die CF-Schneidkanten8 eingezeichnet. - Nach einer zweiten Ausführungsvariante des Fensters wird als Trägerrahmen
1 ein Standardglas-UHV-Fenster verwendet, das im Fensterbereich2 ebenfalls mehrere Bohrungen3 erhält. Das dünne Glasplättchen4 (Dicke etwa 0,5 mm) als Fenstermaterial wird mit dem Trägerrahmen1 verschmolzen. Dadurch wird eine höhere Temperaturstabilität erreicht, was bei sog. Ausheizen von UHV-Kammern von Bedeutung ist. Ferner enthält eine Glas-Glas-Verbindung weniger Tot-Räume als eine Glas-Metall-Klebeverbindung, die als virtuelle Lecks das Abpumpverhalten der UHV-Kammer verschlechtern können. - Die Erzeugung eines spektral breiten Supercontinuum-Pulses erfolgt mit einem kurzen Laser-Puls im Fermtosekundenbereich, jedoch mit wesentlich schmalerem Spektrum, z.B. 30 nm Bandbreite um 800 nm Zentralwellenlänge. Von diesem Erzeugerimpuls kann nur ein kleiner Teil der Energie in den Supercontinuum-Puls anderer Wellenlänge transferiert werden. Der größte Teil der Energie verbleibt im Bereich um 800 nm. Dieser Teil des Spektrums muss stark gefiltert werden, was wieder Dispersion für den Strahl mit seinen Nachteilen bedeutet.
- Wird das dünne Glasplättchen
4 auf der der Strahlenquelle zugewandten Seite mit einer hochreflektiven (HR) Beschichtung für den Bereich um 800 nm versehen, kann der Erzeugungsimpuls gleichzeitig ohne zusätzliche Dispersion im Strahlengang ausgespiegelt/ausgefiltert werden. - Somit ist mit der erfindungsgemäßen Lösung eine weitere Reduzierung der im Strahlengang erforderlichen Dispersion mit einer in der Laserspektroskopie gebräuchlichen Spiegel-Beschichtung des dünnen Glasplättchens
4 möglich.
Claims (11)
- Verwendung eines Fensters in einer Ultrahochvakuum-Kammer für spektroskopische Messungen mit hoher Zeitauflösung, das einen starren Trägerrahmen (
1 ) mit Befestigungsbohrungen (6 ) außerhalb des Fensterbereiches und eine Glasscheibe enthält, wobei der Trägerrahmen (1 ) im Fensterbereich (2 ) zentrisch mehrere kleine Bohrungen (3 ) enthält und mit dem Trägerrahmen (1 ) als Glasscheibe ein dünnes Glasplättchen (4 ) mit einer Dicke bis etwa 0,5 mm für das mit hoher Zeitauflösung zu messende optische Spektrum verlust- und verzerrungsarm verbunden ist. - Verwendung eines Fensters nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Bohrungen (
3 ) etwa 1 bis 3 mm beträgt. - Verwendung eines Fenster nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glasplättchen (
4 ) auf der dem Messobjekt zugewandten Seite eine hochreflektive Beschichtung zur Ausblendung unerwünschter Wellenlängen aus dem Spektrum aufweist. - Verwendung eines Fenster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Trägerrahmen (
1 ) ein Metall-Flansch oder ein Schauglas mit geringer Dicke der Auflagefläche (7 ) für das Glasplättchen (4 ) ist. - Verwendung eines Fenster nach Anspruch 4, wobei der Trägerrahmen (
1 ) ein Standard-CF-Flansch mit in den Auflageflächen (2 ;7 ) des Glasplättchens (4 ) verringerter Dicke ist. - Verwendung eines Fenster nach Anspruch 4 oder 5, wobei außerhalb des Fensterbereiches (
2 ) eine umlaufende Nut (5 ) geringer Tiefe vorhanden ist. - Verwendung eines Fenster nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Trägerrahmen (
1 ) und Glasplättchen (4 ) verklebt sind. - Verwendung eines Fenster nach Anspruch 7, wobei der Klebstoff ein hochvakuumtauglicher 2-Komponenten-Kleber ist.
- Verwendung eines Fensters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Trägerrahmen (
1 ) ein Standardglas-UHV-Fenster ist. - Verwendung eines Fensters nach Anspruch 9, wobei das Standardglas-UHV-Fenster im Fensterbereich (
2 ) Bohrungen (3 ) aufweist. - Verwendung eines Fensters nach Anspruch 10, wobei das Standardglas-UHV-Fenster und das Glasplättchen (
4 ) miteinander verschmolzen sind.
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