JP2006010675A - 紫外光の発生方法および紫外光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】紫外域において連続的なスペクトルを呈する紫外光源を提供することを主な目的とする。
【解決手段】ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射することによりレーザープラズマを発生させ、該プラズマから発生する紫外光を、紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴とする紫外光の発生方法、および
不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする紫外光源装置。
【選択図】図１
【解決手段】ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射することによりレーザープラズマを発生させ、該プラズマから発生する紫外光を、紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴とする紫外光の発生方法、および
不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする紫外光源装置。
【選択図】図１
Description
本発明は、紫外光の発生方法および紫外光源装置に関する。
従来、紫外光源としては、エキシマ光源、重水素ランプ、低圧水銀ランプなどが使用されてきた。これらの光源は、特定の波長でのエネルギー強度が高い紫外光源であり、殺菌灯などとして有用である。しかしながら、これらの紫外光源は、広帯域にわたるスペクトルが均質でないという特性を有しているので、広帯域のスペクトルが求められる装置の光源、例えば、紫外波長域の分光光度計の光源としては、好適であるとは言い難い(非特許
文献１)。
"分光技術ハンドブック"、（朝倉書店）、南茂夫、合志陽一編集
文献１)。
"分光技術ハンドブック"、（朝倉書店）、南茂夫、合志陽一編集
従って、本発明は、紫外域において連続的なスペクトルを呈する紫外光源を提供することを主な目的とする。
本発明者は、上記の課題を解決するために、鋭意研究を行なった結果、ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射して、レーザープラズマを発生させ、該プラズマから発生する紫外光を、ガスセル外に誘導する場合には、その目的を達成しうることを見出した。
すなわち、本発明は、下記の紫外光の発生方法および紫外光源装置を提供する。
１．ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射することによりプラズマを発生させ、該プラズマから発生するパルス発光紫外光を、紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴とする紫外光の発生方法。
２．ガスセル内に封入された不活性ガスが、希ガスまたは希ガスを主成分とするガスである上記項１に記載の紫外光の発生方法。
３．ガスセル内に封入された不活性ガスが、クリプトン（Kr）である上記項２に記載の紫外光の発生方法。
４．パルスレーザー光が、YAGレーザー光である上記項１〜３のいずれかに記載の紫外光
の発生方法。
５．ガスセル内に封入された不活性ガス中に微粒子を併存させる上記項１〜４いずれかに記載の紫外光の発生方法。
６．不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする紫外光源装置。
１．ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射することによりプラズマを発生させ、該プラズマから発生するパルス発光紫外光を、紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴とする紫外光の発生方法。
２．ガスセル内に封入された不活性ガスが、希ガスまたは希ガスを主成分とするガスである上記項１に記載の紫外光の発生方法。
３．ガスセル内に封入された不活性ガスが、クリプトン（Kr）である上記項２に記載の紫外光の発生方法。
４．パルスレーザー光が、YAGレーザー光である上記項１〜３のいずれかに記載の紫外光
の発生方法。
５．ガスセル内に封入された不活性ガス中に微粒子を併存させる上記項１〜４いずれかに記載の紫外光の発生方法。
６．不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする紫外光源装置。
本発明によれば、紫外領域において、連続的なスペクトルを有する紫外光を発生させることができる。
従って、本発明による紫外光源装置は、特に紫外域の分光光度計の光源として優れた効果を発揮する。
さらに、本発明による紫外光源装置は、水銀フリーの殺菌装置としても、有用である。
以下、本発明の実施形態の概略を示す断面図を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明による紫外光源装置の概要を示す模式的な断面図である。
本発明装置を用いて紫外光を発生させるに際しては、ガスセル内に不活性ガスを封入した状態で、パルスレーザー装置からのパルスレーザー光を集光レンズにより不活性ガス中に導入して、レーザープラズマを発生させる。このレーザープラズマは、紫外域から赤外域にわたる広い帯域のスペクトル分布を示す。従って、このレーザープラズマから紫外窓を通してガスセル外に紫外光を取り出すことができる。
ガスセル内に封入される不活性ガスとしては、クリプトン（Kr）、キセノン（Xe）、アルゴン（Ar）などの希ガスの少なくとも１種、これら希ガスの少なくとも１種を主成分とする混合ガスなどが使用できる。不活性ガスとしては、Krがより好ましい。封入ガスの圧力は、通常0.01〜1MPa程度であり、より好ましくは0.05〜0.5MPa程度である。
ガスセル内に紫外域、特に真空紫外域において吸収のあるガス(例えば、酸素、二酸化
炭素、一酸化炭素など；以下これらのガスを「不純物ガス」という)が残存する場合には
、不純物ガスが発生した低波長側の紫外光を吸収して、光源の性能に影響を及ぼすことがある。従って、必要に応じ、不活性ガスの封入に先立って、ガスセル内を予め高真空度に排気しておくことにより、ガスセル内に封入された不活性ガスの純度を高めておくことが好ましい。この様な排気は、ターボ分子ポンプなどの公知の手段により、行うことが出来る。ガスセル内の不活性ガスの純度は、99.9％以上であることが好ましく、99.99％以上
であることがより好ましく、99.999％以上であることがさらに好ましい。アルゴン、ヘリウムなどが残存していても、光源の性能に実質的に影響を及ぼすことはない。
炭素、一酸化炭素など；以下これらのガスを「不純物ガス」という)が残存する場合には
、不純物ガスが発生した低波長側の紫外光を吸収して、光源の性能に影響を及ぼすことがある。従って、必要に応じ、不活性ガスの封入に先立って、ガスセル内を予め高真空度に排気しておくことにより、ガスセル内に封入された不活性ガスの純度を高めておくことが好ましい。この様な排気は、ターボ分子ポンプなどの公知の手段により、行うことが出来る。ガスセル内の不活性ガスの純度は、99.9％以上であることが好ましく、99.99％以上
であることがより好ましく、99.999％以上であることがさらに好ましい。アルゴン、ヘリウムなどが残存していても、光源の性能に実質的に影響を及ぼすことはない。
パルスレーザー光としては、集光性のよいYAGレーザー光、チタンサファイアレーザー
光などが挙げられる。レーザー光の波長は、通常300〜1200nm程度(より好ましくは500〜1100nm程度)、エネルギー強度1mJ〜10J程度(より好ましくは10ｍJ〜1J程度)である。
光などが挙げられる。レーザー光の波長は、通常300〜1200nm程度(より好ましくは500〜1100nm程度)、エネルギー強度1mJ〜10J程度(より好ましくは10ｍJ〜1J程度)である。
集光レンズの焦点距離は、200mm以下(より好ましくは10〜50mm)であることが好ましい
。焦点距離が長くなるほどしきい値が高くなり、また装置が大型となる。なお、焦点距離があまり短すぎると、レンズに損傷が起こりやすくなる。
。焦点距離が長くなるほどしきい値が高くなり、また装置が大型となる。なお、焦点距離があまり短すぎると、レンズに損傷が起こりやすくなる。
紫外光を透過できる紫外窓を構成する材料としては、LiF、MgF2、CaF2、SiO2などが挙
げられる。
げられる。
本発明装置においては、ガスセル内に粒径1nm〜1μm程度の固体微粒子を共存させてお
くことにより、プラズマ発生のエネルギー閾値強度を1/4〜1/40程度に低下させることが
できるので、低出力レーザーを使用することができる。この様な固体微粒子としては、TiO2、ZnO、Al2O3などが例示される。固体微粒子を併用する場合には、図１に示す様に、ガスセルの底部に予め微粒子を収容しておけば良い。
くことにより、プラズマ発生のエネルギー閾値強度を1/4〜1/40程度に低下させることが
できるので、低出力レーザーを使用することができる。この様な固体微粒子としては、TiO2、ZnO、Al2O3などが例示される。固体微粒子を併用する場合には、図１に示す様に、ガスセルの底部に予め微粒子を収容しておけば良い。
以下に、本発明の実施例を示す。本発明は、図示の実施態様或いは下記に実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
図１に概要を示す構造の紫外光源装置を用いて紫外光を発生させた。すなわち、ガスセ
ル内にKrを封入した後、以下の条件下にYAGパルスレーザーを集光照射することにより、Krプラズマから紫外光を発生させた。
＊ガスセル容量：40cm3
・ Krガス圧：0.2MPa
・ ガスセル内のKr純度：約99.9％
＊YAGレーザー照射条件：波長532nm、エネルギー20ｍJ、パルス幅5nsec、レーザー光径3mm、焦点距離30mm
発生した紫外光のスペクトルを図２に示す。本発明方法により発生させた紫外光が、広帯域のスペクトル分布を有していることが明らかである。
［実施例２］
ガスセル内に封入したKrガスの圧力を変化させる以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
［実施例１］
図１に概要を示す構造の紫外光源装置を用いて紫外光を発生させた。すなわち、ガスセ
ル内にKrを封入した後、以下の条件下にYAGパルスレーザーを集光照射することにより、Krプラズマから紫外光を発生させた。
＊ガスセル容量：40cm3
・ Krガス圧：0.2MPa
・ ガスセル内のKr純度：約99.9％
＊YAGレーザー照射条件：波長532nm、エネルギー20ｍJ、パルス幅5nsec、レーザー光径3mm、焦点距離30mm
発生した紫外光のスペクトルを図２に示す。本発明方法により発生させた紫外光が、広帯域のスペクトル分布を有していることが明らかである。
［実施例２］
ガスセル内に封入したKrガスの圧力を変化させる以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
図３は、封入Krガス圧と特定波長の紫外光強度との関係を示すグラフである。
図３に示す結果から、Krガスを使用する本実施例においては、最適ガス圧は0.15〜0.2MPa程度であること、および波長による強度の揺らぎが小さいことが明らかである。
［実施例３］
Krガスに代えてXeガスを使用する以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
［実施例３］
Krガスに代えてXeガスを使用する以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
発生した紫外光のスペクトルを図４に示す。本発明方法により発生させた紫外光が、広帯域のスペクトル分布を有していることが明らかである。
［実施例４］
ガスセル内に封入したXeガスの圧力を変化させる以外は実施例３と同様にして、紫外光を発生させた。
［実施例４］
ガスセル内に封入したXeガスの圧力を変化させる以外は実施例３と同様にして、紫外光を発生させた。
図５は、封入Xeガス圧と特定波長の紫外光強度との関係を示すグラフである。
図５に示す結果から、Xeガスを使用する本実施例においては、最適ガス圧は0.1MPa程度であること、および波長による強度の揺らぎがKrより大きいことが明らかである。
［実施例５］
Krガスに代えてArガスを使用する以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
［実施例５］
Krガスに代えてArガスを使用する以外は実施例１と同様にして、紫外光を発生させた。
Arを使用する場合の紫外光強度は、ガス圧0.2MPaにおいて、Krガスを使用する場合の約1/5程度であった。
［比較例１］および［比較例２］
市販の低圧水銀ランプ(比較例１)および重水素ランプ(比較例２)を用いて紫外光を発生させた。
［比較例１］および［比較例２］
市販の低圧水銀ランプ(比較例１)および重水素ランプ(比較例２)を用いて紫外光を発生させた。
発生した紫外光のスペクトルをそれぞれ図６および図７に示す。
いずれの紫外光源も、特定の波長が強い紫外光を発していることが明らかである。例えば、重水素ランプでは120〜160nmの波長域の紫外光が強いため、2次光が240〜320nmの
波長域に強く影響している可能性がある。従って、これらの紫外光源は、紫外域の分光光度計の光源としては、適していないことが明らかである。なお、市販されている他の低圧水銀ランプおよび重水素ランプを用いて紫外光を発生させた場合にも、比較例１および比較例２と同様に、「特定の波長が強い紫外光を発する」という結果が得られた。
［実施例６］
平均粒子径約20nmのTiO2微粒子0.01gをガスセル底部に収容した以外は実施例１と同
様の条件下に、0.2MPa のKrプラズマから紫外光を発生させた。その結果、プラズマ発生
のしきい値は、Kr のみを使用する場合(実施例１)の14mJに比して、2mJとなり、1/7に低
下した。
［実施例７］
以下の条件下に実施例１の手法に準じて、紫外光を発生させた。
＊ガスセル容量：200cm3
＊Krガス圧：0.1MPa
＊Kr純度(封入前のガスセル排気操作により調整)：A=99.9％、B=99.999%以上
＊YAGレーザー照射条件：波長532nm、エネルギー25ｍJ、パルス幅5nsec、レーザー光径3mm、焦点距離100mm
図８は、封入Krガス純度と特定波長の紫外光強度との関係を示すグラフである。
波長域に強く影響している可能性がある。従って、これらの紫外光源は、紫外域の分光光度計の光源としては、適していないことが明らかである。なお、市販されている他の低圧水銀ランプおよび重水素ランプを用いて紫外光を発生させた場合にも、比較例１および比較例２と同様に、「特定の波長が強い紫外光を発する」という結果が得られた。
［実施例６］
平均粒子径約20nmのTiO2微粒子0.01gをガスセル底部に収容した以外は実施例１と同
様の条件下に、0.2MPa のKrプラズマから紫外光を発生させた。その結果、プラズマ発生
のしきい値は、Kr のみを使用する場合(実施例１)の14mJに比して、2mJとなり、1/7に低
下した。
［実施例７］
以下の条件下に実施例１の手法に準じて、紫外光を発生させた。
＊ガスセル容量：200cm3
＊Krガス圧：0.1MPa
＊Kr純度(封入前のガスセル排気操作により調整)：A=99.9％、B=99.999%以上
＊YAGレーザー照射条件：波長532nm、エネルギー25ｍJ、パルス幅5nsec、レーザー光径3mm、焦点距離100mm
図８は、封入Krガス純度と特定波長の紫外光強度との関係を示すグラフである。
図８に示す結果から明らかな様に、封入Krガスの純度が99.999％以上である場合(曲線B)には、波長130nmまでの真空紫外光を取り出すことが出来る。これに対し、封入Krガスの純度が99.9％である場合(曲線A)には、180nmより短い波長域の紫外線が、封入ガス中の不純物ガスにより吸収されている。
Claims (6)
- ガスセル内に封入された不活性ガスに対しパルスレーザー光を集光照射することによりプラズマを発生させ、該プラズマから発生する紫外光を、紫外光透過窓を通してガスセル外に誘導することを特徴とする紫外光の発生方法。
- ガスセル内に封入された不活性ガスが、希ガスまたは希ガスを主成分とするガスである請求項１に記載の紫外光の発生方法。
- ガスセル内に封入された不活性ガスが、クリプトン（Kr）である請求項２に記載の紫外光の発生方法。
- パルスレーザー光が、YAGレーザー光である請求項１〜３のいずれかに記載の紫外光の発
生方法。 - ガスセル内に封入された不活性ガス中に微粒子を併存させる請求項１〜４いずれかに記載の紫外光の発生方法。
- 不活性ガスを封入するためのガスセル、不活性ガス導入部、ガスセル内の不活性ガスに対してパルスレーザー光を集光照射する機構、およびガスセル内で発生する紫外光をガスセル外に誘導する窓を備えたことを特徴とする紫外光源装置。
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|---|---|---|---|
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| JP2004157456 | 2004-05-27 | ||
| JP2005048125A JP2006010675A (ja) | 2004-05-27 | 2005-02-24 | 紫外光の発生方法および紫外光源装置 |
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|---|---|
| JP2006010675A true JP2006010675A (ja) | 2006-01-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 2005-02-24 JP JP2005048125A patent/JP2006010675A/ja active Pending
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