TWI635781B - 用於穩定電漿之方法及改良之離子化腔室 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於穩定一電漿之方法，其包括：a.在一離子化腔室中提供若干高電壓導線及適合於形成一電漿之一氣體，及b.將該氣體曝露至一高電壓，藉此點燃該氣體以形成該電漿，該方法之特徵在於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光。另外，本發明係關於此方法在產生X射線中之用途。
此外，本發明係關於一種離子化腔室，其包括：a.一氣體，其適合於形成一電漿，及b.若干高電壓導線，其用於將該氣體曝露至一高電壓，藉此點燃該氣體以形成該電漿，該離子化腔室之特徵在於該離子化腔室包括用於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光之構件。
另外，本發明係關於一種包括此離子化腔室之X射線產生器且係關於一種包括此X射線產生器之雷射設備。

Description

用於穩定電漿之方法及改良之離子化腔室
本發明係關於一種用於穩定一高電壓誘致電漿之方法。
另外，本發明係關於此方法在產生X射線中之用途。
此外，本發明係關於一種用於形成一高電壓誘致電漿之離子化腔室。
另外，本發明係關於一種包括此離子化腔室之X射線產生器且進一步而言係關於一種包括此X射線產生器之雷射設備。
已知藉由將一預離子化輻射供應至氣態介質而大大地增強脈衝式氣體雷射之放電穩定性。用於獲得預離子化之可能性中之一者係使用一X射線產生器。其一實例闡述於WO8910003中。
一般而言，一X射線產生器之效能係基於以下原理：-一電漿形成為一正離子源-該等正離子係朝向一經負極化電極而加速度且在與此電極碰撞後旋即形成次級電子-所得電子束係遠離相同電極而加速度且發送以與一金屬板碰撞-在該電子束碰撞於該金屬板上後，旋即產生X射線。
在一特定類型之X射線產生器中，一個或多個導線定位於填充有諸如氦之低壓力氣體之一離子化腔室內部。當將一高電壓脈衝施加至 導線時，電漿將形成於離子化腔室中從而形成一高密度之正離子。此類型之正離子源可係以極高重複率操作。
然而，一種一般且通常已知效能限制係：當尚未點燃電漿達一特定時間週期(通常，一個以上1分鐘)時，其穩定性可係不確定的(所謂的跳動效應)或其可產生比平常低之一離子密度。此可能與維持點燃後的電漿所必需之電荷之不足量有聯繫。
由於通常進一步認識到由一X射線產生器產生之X射線預點燃束相對於主要雷射放電之計時對雷射輸出能量及穩定性具有一大影響，因此不穩定電漿可嚴重損害主要雷射放電之最佳效能。
試圖解決以上問題，可藉由增加施加至導線之高電壓或藉由在繼一第一高電壓脈衝之後用較低電壓施加若干脈衝來增加用於維持點燃後的電漿之電荷之量。然而，其一缺點係：增加高電壓導線上之應力且由於離子化腔室中之電弧作用而存在一較高故障風險。
因此，本發明之一目的係提供一種達成點燃後(特定而言在未點燃達一特定時間週期之後)的電漿之經改良穩定性之方法。
本發明之另一目的係提供一種產生一穩定且均勻經改良離子密度之方法。
另外，本發明之一目的係提供一種點燃後(特定而言在未點燃達一特定時間週期之後)的電漿之經改良穩定性之離子化腔室。
本發明之又一目的係提供一種經改良X射線產生器。
本發明之仍另一目的係提供一種經改良雷射設備。
本發明藉由在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光來滿足以上目的。
本發明係關於一種用於穩定一電漿之方法，其包括：a.在一離子化腔室中提供若干高電壓導線及適合於形成一電 漿之一氣體，及b.將該氣體曝露至一高電壓藉此點燃該氣體以形成該電漿，該方法之特徵在於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光。
另外，本發明係關於此方法在產生X射線中之用途。
此外，本發明係關於一種離子化腔室，其包括：a.一氣體，其適合於形成一電漿，及b.若干高電壓導線，其用於將該氣體曝露至一高電壓藉此點燃該氣體以形成該電漿，該離子化腔室之特徵在於該離子化腔室包括用於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光之構件。
另外，本發明係關於一種包括此離子化腔室之X射線產生器且係關於一種包括此X射線產生器之雷射設備。
1‧‧‧離子化腔室
2‧‧‧高電壓導線
3‧‧‧外部光源/發光二極體(LED)/在點燃後旋即使電漿經受一定量之光之構件
3’‧‧‧外部光源/閃光燈/在點燃後旋即使電漿經受一定量之光之構件
4‧‧‧光纖/光/在點燃後旋即使電漿經受一定量之光之構件
4’‧‧‧透明窗/窗/在點燃後旋即使電漿經受一定量之光之構件
圖1圖解說明根據本發明之一實施例。
圖2圖解說明根據本發明之另一實施例。
在根據本發明之一第一實施例中，一種用於穩定一電漿之方法包括：a.在一離子化腔室中提供若干高電壓導線及適合於形成一電漿之一氣體，及b.將該氣體曝露至一高電壓藉此點燃該氣體以形成該電漿，該方法之特徵在於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光。
申請者意外地發現且以實驗方式確認，在電漿之點燃後旋即將光學輻射(光)提供至離子化腔室中具有特定而言在未點燃達一相對長時間週期之後抑制不穩定性(所謂的跳動)之效應。
在不受任何理論約束之情況下，使電漿經受光可幫助在離子化 腔室之表面上或體積中形成維持點燃後的電漿所必需之充足電荷。據信，經受光實施對電漿中之離子之激發藉此改良電漿之穩定性。
可自較佳地選自諸如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)或其混合物等惰性氣體之群組之任何種類之可離子化氣體點燃電漿。
根據本發明，在離子化腔室內，可離子化氣體係在一中度真空之範圍內(較佳地在自1Pa至100Pa之一範圍內)之一壓力下。
光可具有適合於抑制一電漿之不穩定性之任何波長。更特定而言，波長可係在10奈米與1100奈米之間、在100奈米與800奈米之間、在400奈米與800奈米之間(可見光範圍)或在100奈米與400奈米之間(UV範圍)。
光可具有自1mW至5000mW、自1mW至3000mW、較佳地自100mW至1500mW之一輻射能量。
光可係脈衝式的或連續的。連續光可具有優於脈衝式光之優點：不需要光脈衝與離子化放電之間的精確同步。
可將光聚焦於離子化腔室中之高電壓導線中之一或多者上或經點燃電漿「中心」上。較佳地，整體地將光實質上引導至離子化腔室中。將實質上整個離子化腔室曝露至光而非僅其部分(或電漿之部分)可係有利的，此乃因此可導致點燃後的電漿之更高效穩定。
在根據本發明之一實施例中，本發明提供一種離子化腔室(1)，其包括：a.一氣體，其適合於形成一電漿，及b.若干高電壓導線(2)，其用於將該氣體曝露至一高電壓藉此點燃該氣體以形成該電漿，該離子化腔室(1)之特徵在於該離子化腔室包括用於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光之構件(3、3’、4、4’)。
在離子化腔室中，適合於形成一電漿之一氣體(亦稱作一可離子 化氣體)存在於中度真空條件下。一個或若干高電壓導線較佳居中地定位於離子化腔室中且連接至一高電壓電源。
在藉由施加一高電壓而點燃可離子化氣體後，旋即將所形成電漿曝露至一定量之光以用於穩定該電漿。
根據本發明，用於使電漿經受一定量之光之構件可包括適合於提供具有在10奈米與1100奈米之間、在100奈米與800奈米、在400奈米與800奈米之間(可見光範圍)或在100奈米與400奈米之間(UV光譜範圍)的一波長之光之任何光源及/或光學系統，後者可能由於較高光子能量而導致較佳效率。
該光源可具有自1mW至5000mW、自1mW至3000mW、較佳地自100mW至1500mW之輻射能量且可係連續地或脈衝式的。在後一情形中，該光源可經同步至施加至導線之高電壓脈衝以在電漿之點燃後旋即提供一光脈衝。
用於使電漿經受一定量之光之構件可經調適用於將該光聚焦至一或多個高電壓導線上或經點燃電漿「中心」上。較佳地，其可經調適用於整體地將光實質上引導至離子化腔室中，亦即，不聚焦於離子化腔室之部分上或根本不聚焦。
在根據本發明之一實施例中，用於使電漿經受一定量之光之構件可包括一個或複數個內部光源(亦即，安裝於離子化腔室內之光源)或者一個或複數個外部光源(3、3’)(亦即，安裝於離子化腔室外部之光源)。
在後一情形中，用於使電漿經受一定量之光之構件可另外包括併入於離子化腔室(1)之壁中之一個或多個透明窗(4’)或者可替代地包括用於將來自外部光源(3、3’)之光(4)導引至離子化腔室中之專用光學器件。
光源可係適合於產生具有如上文所指示之範圍內之波長及輻射 能量之光之任何光源，諸如一連續或閃光燈、一雷射、一發光二極體(LED)等。
用於將來自外部光源之光導引至離子化腔室中之此等光學器件可包括適合於導引光之任何種類之光學儀器，諸如(舉例而言)鏡、透鏡、分束器、稜鏡、光學波導(諸如光纖)等。
在如圖1中所圖解說明之本發明之一特定實施例中，用於使電漿經受一定量之光之構件可包括在可見光譜範圍(400nm至800nm)內發射之數個發光二極體(LED)(3)，其中將每一LED輸出耦合至一光纖(4)。藉助密封饋通將每一光纖輸出插入至離子化腔室中。該等光纖可插入在一或多個側處或者插入在離子化腔室之相對側處。
另一選擇係且如圖2中所圖解說明，用於使電漿經受一定量之光之構件可包括在UV光譜範圍內發射之一閃光燈(3’)及併入至離子化腔室之壁中之一或多個窗(4’)。
另外，在根據本發明之一實施例中，可使用用於穩定如上文所闡述之一電漿之一方法來產生X射線。產生X射線則係基於以下原理：
1.在點燃後旋即藉由使其經由一定量之光來穩定之一低壓力導線電漿形成正離子
2.該等正離子係朝向一經負極化電極加速度且在與此電極碰撞後旋即形成次級電子
3.所得電子束係遠離相同電極而加速度且發送以與一金屬板碰撞
4.在該電子束碰撞於該金屬板上後，旋即產生X射線
此外，在根據本發明之另一實施例中，如上文所闡述之一離子化腔室可用於一X射線產生器中，且併入有此離子化腔室之一X射線產生器可用於一雷射設備中。

Claims (10)

  1. 一種用於穩定一電漿之方法，其包括：a.在一離子化腔室中提供若干高電壓導線及適合於形成一電漿之一氣體，及b.將該氣體曝露至一高電壓，藉此點燃該氣體以形成該電漿，該方法之特徵在於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之具有自100mW至1500mW之一輻射能量的光。
  2. 如請求項1之方法，其中該光具有介於10奈米與1100奈米之間的一波長。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該光係連續的。
  4. 如請求項1或2之方法，其中整體地將該光實質上引導至該離子化腔室中。
  5. 一種離子化腔室(1)，其包括：a.一氣體，其適合於形成一電漿，及b.若干高電壓導線(2)，其用於將該氣體曝露至一高電壓，藉此點燃該氣體以形成該電漿，該離子化腔室(1)之特徵在於該離子化腔室包括用於在點燃後旋即使該電漿經受一定量之光之構件(3、3’、4、4’)，其中該等構件包括具有自100mW至1500mW之一輻射能量之一光源。
  6. 如請求項5之離子化腔室，其中用於使該電漿經受一定量之光之該等構件包括具有介於10奈米與1100奈米之間的一波長之一光源。
  7. 如請求項5或6之離子化腔室，其中用於使該電漿經受一定量之光之該等構件包括一連續光源。
  8. 如請求項5或6之離子化腔室，其中用於使該電漿經受一定量之光之該等構件經調適用於整體地將光實質上引導至該離子化腔室中。
  9. 如請求項5或6之離子化腔室，其中用於使該電漿經受一定量之光之該等構件包括一個或複數個外部光源及用於將該光導引至該離子化腔室中之光學波導。
  10. 如請求項9之離子化腔室，其中該等光學波導包括光纖。
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