JPS61200446A - プラズマ分布モニタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕　　　゛ 本発明は、プラズマ利用装Ｖ内の原子、イオン等の化学
種の三次元的濃度分布を測定するためのレーザ励起蛍光
方式のプラズマ分布モ二りに関するものである。

〔発明の背景〕

レーザ励起蛍光方式によるプラズマ分布モニタでは、レ
ーザ光を測定対象内にくまなく走査し、これに連動して
測定点毎に先導入装置で蛍光を光検出装置に導入するの
で、先導入装置の動きが複雑になり、測定に時間がかか
る欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来技術の欠点をなくし、レーザ
励起蛍光方式のプラズマ分布そニタの先導入装置のスキ
ャンを簡素忙し、迅速に測定できるプラズマ分布モニタ
を提供する忙ある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、先導入装置に複数本の光ファイバを用
いて、同時に複数の測定点の蛍光を光検出装置に導入す
ることで迅速化を図るものである。このため光検出装置
でも同時検出が可能な線状光検出器を用いるものである
。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面忙基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、第２図はそのフロー
チャートを示す。

その第１図忙示される実施例のものは、プラズマ利用装
置１７．レーザ光発生装置である波長可変レーザ１．レ
ーザ光スキャン装置７．先導入装置３２．光トラップ２
２．）Ｉ＋ガ用検出器４゜光検出装置２８．マイクロコ
ンピュータ３７．および表示装置３８とを備えて構成さ
れている。

前記プラズマ利用装置１７は、真空容器２７．プラズマ
発生用の電極１８と電源１５．真空ポンプ１６゜ガス噴
射用のガス容器２１と調整弁２０とを有している。前記
真空容器２７には、レーザ光スキャン用の窓１４．ケイ
光導入用の窓２５．レーザ光通過用の窓２３がそれぞれ
形成され、レーザ光スキャン用の窓１４とレーザ光通過
用の窓２３は真空容器２７の直径方向の両端部に当たる
位置に形成され。

ケイ光導入用の窓２５は前記レーザ光スキャン用の窓１
４とレーザ光通過用の窓２３を結ぶ直線と略直角な位置
、すなわち真空容器２７の内部を通過するレーザ光ビー
ム１９と略直角な位置に形成されている。

前記波長可変レーザｌは、真空容器２７内で発生するプ
ラズマ中の特定化学種の励起波長に発振波長を合わせて
レーザ光２を発射しうるように構成されている。この波
長可変レーザ１から発射されたレーザ光２はレーザ光ス
ブリ７夕３によりレーザ光スキャン装置７の光コアイノ
く６につながるレンズ５と、トリガ用検出器４とに分割
されろようになっているう 前記レーザ光スキャン装置７は固定台９．移動台８．第
１．第２のモータ１２　、１３　、スクリューロッド１
０．光フアイバ取付台３９．レーザ光集光用のレンズ５
．光ファイバ６、平行光変換用のレンズ１１とを有して
いる。前記移動台８は、固定台９上に載置され、第１の
モータ１２により真空容器２７の軸方向に移動操作され
ろようＫなっティる。前記スクリューシャフト１０は、
移動台８上に設置されかつ第２のモータ１３に連結され
ている。前記光フアイバ取付台３９は、前記スクリュー
シャフト１０に装着されている。前記光ファイバ６は、
レンズ１１と共に、光フアイバ取付台３９上に設置され
、一端部はレーザ光スプリッタ３により分割されたレー
ザ光２′がレンズ５に集光される位置に配置され、他端
部はレンズ１１と共に第１のモータ１２と移動台８０作
動てより真空容器２７の軸方向く移動操作され、またｗ
ｃ２のモータ１３とスクリューシャフト１０と光コアイ
ノく取付台３９の作動により真空容器２７の中心部と定
位置である前記窓１４の中心部とを結ぶ直線と直交する
方向に移動操作され、前記二方向の移動操作によりレー
ザ光２′を、前記窓１４を通じてレーザ光ビーム１９と
してモニタ対象内にくまなくスキャンし５るように構成
されている。また、前記第１．ＩＩＥ２のモータ１２　
、１３は前記マイクロコンピュータ３７に接続されてい
る。

前記先導入装置３２は、真空容器２７に形成されたケイ
光導入用の窓２５に対応する位置に設置されている。こ
の先導入装置３２は、固定台３１．モータ２９．蛍光集
光用のレンズ２６．光フアイバ群３３゜光ファイバ群取
付台３０とを備えている。光ファイバ群取付台３０は、
固定台３１上に載置されかつモータ２９により真空容器
２７の軸方向に移動操作されるようになっている。前記
レンズ２６及び前記光フアイバ群３３は、光ファイバ群
取付台３０上に設置されており、光フアイバ群３３の一
端部は前記ケイ光導入用の窓２５に臨みレンズ２６の集
光位置にあり、レーザ光ビーム１９に沿う方向Ｋ　一定
ピツチで並んでおり、他端部は光検出装！２８の分光器
３４に接続されている。また、光フアイバ群３３の一端
部はレンズ２６と共にモータ２９と光ファイバ群取付台
３０の作動により真空容器２７の軸方向に移動操作され
、ケイ光２４を導入しうるように構成されている。また
前記モータ２９もマイクロコンピュータ３７に接続され
ている。

前記光トラップ２２は、真空容器２７に形成されたレー
ザ光通過用の窓２３に対峙させて設置され。

真空容器２７内を通過したレーザ光をトラップするよう
になっている。

前記トリガ用検出器４は、レーザ光スプリッタ３で分割
されたレーザ光２の光路上に配置され、かつ光検出装置
２８の増巾器３６に接続されており、前記レーザ光スプ
リッタ３を通じてレーザ光２の発射を検出し、その信号
を光検出装置２８の増巾器３６に挿入するよう虻なって
いる。

前記光検出装置２８は１分光器３４．これ九連結された
線状光検出器３５．これに接続された増巾器３６とを備
えている。前記分光器３４は、先導入装置３２の光フア
イバ群３３により導かれたケイ光２４を分光する。前記
線状光検出器３５は１分光器３４で分光された特定波長
のケイ光のみを検出し。

ケイ光の発光量に比例する大きさの電気信号疋変換する
とともだ、その信号を増巾器３６に送る。

前記増巾器３６は、前述のトリガ用検出器４からの信号
により作動し、前記線状光検出器３５から送られ℃くる
ケイ光検出の電気信号を増巾し。

コレラマイクロコンピュータ３７に送るようになってい
る。

前記マイクロコンピュータ３７は、前記波長可変レーザ
Ｉと、前記レーザ光スキャン装置７の第１．第２のモー
タ１２　、１３と、前記先導入装置３２のモータ２９と
表示装置３８とに制御信号を送り。

また前記レーザ光スキャン装置７の第１．第２のモータ
１２　、１３と、前記先導入装置３２のモータ２９とに
おける回転方向と回転角とにより、真空容器２７内への
レーザ光１９のスキャン位置と、ケイ光２４の測定位置
とを演算して表示装置３８に送り、さらに線状光検出装
置３５の増巾器３６から送られてくるケイ光検出の電気
信号に基づき、プラズマ中の特定化学種の濃度を算出し
、これも表示装置３８に送るよってなっている。

前記表示装置３８は、前記マイクロコンピュータ３７か
ら送り込まれるレーザ光１９のスキャン位置、ケイ光２
４の測定位置およびプラズマ分布を表示する。

前記実施例のプラズマ分布モニタは６次のように制御さ
れ作用する。

すなわち、波長可変レーザ１を真空容器２７内の特定化
学種の励起波長に発振波長を合わせてレーザ光を発振し
うるように調整する。

ついで予めマイクロコンビエータ３７に与えられたプロ
グラムに従い以下の制御を行う。この制御のフローチャ
ートを＠２図に示す。最初にレーザ光スキャン装置７の
第１のモータ１２と先導入装置３２のモータ２９とが制
御され、レーザ光スキャン装置７の移動台８と先導入装
置３２の光ファイバ群取付台３０とが真空容器２７の軸
方向（２方向）に移動操作され、レーザ光スキャン装置
７の光ファイバ６及びレンズ１１と先導入装置３２の光
フアイバ群３３及びレンズ２６とが真空容器２７の軸方
向の同一位置にセットされ、さら忙レーザ光スキャン装
置７の第２のモータ１３が制御され、レーザ光スキャン
装置７の光フアイバ取付台３９が真空容器２７の中心と
定位置とを結ぶ直線と直交する方向（Ｘ方向）に移動操
作され、光フアイバ取付台３９を介１７て光ファイバ６
及びレンズ１１カ任意のレーザ光スキャン位置にセット
され、また光ファイバ群取付台３０を介して光フアイバ
群３３が測定開始位置にセットされ、これらの位置情報
はマイクロコンピュータ３７を通じて表示袋＃３８に送
られる。

次に、マイクロコンピュータ３７からの発射開始信号に
より波長可変レーザ１が制御され、該波長可変レーザ１
からレーザ光２が短時間発射される。このレーザ光２は
、レーザ光スプリッタ３によりレーザ光スキャン装置７
の方向とトリガ用検出器４の方向とに分割され、レーザ
光スキャン装置７の方向に分割されたレーザ光２はレン
ズ５を通じてレーザ光スキャン装置７の光フアイバ６！
／ｃ入射し、該光ファイバ６からレンズ１１を通じレー
ザ光スキャン用の窓１４を通じて真空容器２７内忙導入
され、またトリガ用検出器４の方向に分割されたレーザ
光２はトリガ用検出器４に入射し、該トリガ用検出器４
かも光検出装置２８の増巾器３６に信号が送られ、増巾
器３６が作動する。

前記レーザ光スキャン装置７の光ファイバ６からレンズ
１１及び窓１４を通じて真空容器２７にレーザ光２が導
入されると、そのレーザ光ビーム１９内にあるプラズマ
中の特定化学種が励起され。

これによりケイ光２４が発生される。このケイ光２４は
、レーザ光照射路に沿って一直線状に発生するが、先導
入装置３２の光フアイバ群３３から見て各々の光ファイ
バの受光角内にあるケイ光２４のみが光フアイバ群３３
で受光される。

前記先導入装置３２の光フアイバ群３３．に導かれたケ
イ光２４は、光検出装置２８の分光器３４に導入され、
該分光器３４で分光され、特定波長のケイ光のみが線状
光検出器３５により、該ケイ光の発光量に比例する大き
さの電気信号に変換され。

その信号はトリガ用検出器４からの信号で作動中の増巾
器３６に送られ、該増巾器３６で増巾されマイクロコン
ピュータ３７に送らレル。

前記−ｆイクロコンピュータ３７では、前述の光検出装
置２８によりケイ光２４中の特定波長のみのケイ光が発
光量に比例した大きさの電気信号に変換されかつ増巾さ
れて送られてくる電気信号に基づき、プラズマ中の特定
化学種の濃度を算出し、濃度表示信号として表示装置３
８に与える。

前記表示装置３８では、前述のレーザ光スキャン位置お
よび測定位置と、プラズマ中の特定化学種の濃度とを表
示する。

前述のごとく、光フアイバ群３３をレーザ光ビーム１９
方向に一定ピッチで並べて配置し、測定することにより
、レーザ光ビーム１９を区画し１区画毎く対応するケイ
光２４０発光量の変化を検出でき、その検出結果からプ
ラズマ中の特定化学種の分布な測定することができる。

そして、レーザ光スキャン装置７のｍｘ、ｍ２のモータ
１２　、１３を制御し、モニタ対象に対するレーザ光１
９のスキャン位置を変え、これに合わせて先導入装置３
２のモータ２９を制御し、レーザ光スキャン装置７の光
コアイノ（６及びレンズ１１に対する先導入装置３２の
光フアイバ群３３の真空容器２７の軸方向の位置合わせ
を行った後、前述のごとく測定する。これを第２図のフ
ローチャートに示すように順次繰返すことにより、プラ
ズマ中の特定化字種の三次元分布を求めることができる
。

なお１本発明ではレーザ光スキャン装置７゜先導入装置
３２．光検出装置２８とも、その具体的構造は図示実施
例に限らず、所期の機能を発揮できる構造であればよい
。

〔発明の効果〕

本発明は１以上説明した構成１作用のもので。

本発明によれば真空容器の軸方向と、真空容器の中心と
定位置とを結ぶ直線と直交する方向との二方向に移動自
在のレーザ光スキャン装置と。

真空容器の軸方向に移動自在で、真空容器内を通過する
レーザ光ビームに沿う方向に並んで配置した光フアイバ
群を有する先導入装置と、これＫＪｌ！［された線状光
検出器を有する光検出装置との協働くより、レーザ光ビ
ームに溢う方向のスキャンを不要にしかので、プラズマ
利用装・電内のプラズマ三次元分布を迅速く測定できる
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、＠２図は同じ
くフローチャートである。 １・・・波長可変レーザ、　２・・・レーザ光１９・・
・レーザ光ビーム、２４・・・ケイ光２７・・・真空容
器、２８・・・光検出装置３２・・・先導入装置、３３
・・・光フアイバ群３５・・・線状光検出器 ３７・・・マイクロコンビエータ オ　　Ｉ　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、レーザ光スキャン装置と先導入装置と光検出装置を
   有するレーザ励起蛍光方式のプラズマ分布モニタであっ
   て、上記光導入装置が複数本の光ファイバより構成され
   、及び上記光検出装置が線状光検出器より構成されてい
   ることを特徴とするプラズマ分布モニタ。