[發(fā)明專利]等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104121991A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文聰;蒲以康
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01J3/40
• 分類號: G01J3/40
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

等離子體技術(shù)廣泛應(yīng)用于表面改性、濺射、沉積等材料處理工藝中。處理結(jié)果與等離子體的狀態(tài)參數(shù)(如電子密度、電子溫度、氣體溫度等)密切相關(guān)。為了在材料表面的不同位置得到相對一致的處理結(jié)果，需要控制放電條件使得等離子體的狀態(tài)參數(shù)的空間分布盡可能地均勻。因此，需要利用各種診斷手段對不同放電條件下的等離子體的狀態(tài)參數(shù)的空間分布進(jìn)行診斷，以獲得這些狀態(tài)參數(shù)的空間分布與放電參數(shù)(如氣壓、功率等)之間的規(guī)律。目前已有的診斷手段主要包括發(fā)射光譜、朗繆爾探針、激光誘發(fā)熒光等。

發(fā)射光譜法是一種簡單有效并且不干擾等離子體自身放電狀態(tài)的方法。結(jié)合測量的光譜數(shù)據(jù)和相應(yīng)的碰撞輻射模型，可以對電子密度、電子溫度、活性粒子密度等重要參數(shù)進(jìn)行診斷。為了了解這些參數(shù)的空間分布，需要對等離子體的發(fā)射光譜在至少二個空間維度上的分布進(jìn)行測量。光柵光譜儀是測量等離子體發(fā)射光譜的常用工具，但是光柵光譜儀只可以得到沿入射狹縫一維方向上各點處的光譜數(shù)據(jù)。利用光柵光譜儀采集發(fā)射光譜的二維空間分布的效率很低，難以應(yīng)用在材料處理工藝中。朗繆爾探針是一種簡單的電學(xué)診斷技術(shù)，但具有以下缺點：探針每次只能采集某一個空間位置的數(shù)據(jù)，需要移動探針以獲得空間各點的數(shù)據(jù)；探針插入等離子體內(nèi)部會對等離子體本身的放電狀態(tài)造成干擾；朗繆爾探針通常只能用于低氣壓條件下；對于材料處理工藝中廣泛使用的射頻等離子體，需要使用濾波器以濾除等離子體電位的射頻分量，這對濾波器的共振頻率和特征阻抗提出了很高的要求。這些因素都限制了朗繆爾探針應(yīng)用于對等離子體參數(shù)的二維空間分布的診斷。激光診斷技術(shù)可用于準(zhǔn)確地測量多項狀態(tài)參數(shù)(如活性粒子密度、電場等)，其特點是不干擾等離子體的放電狀態(tài)。但是激光器系統(tǒng)的使用和維護(hù)較為復(fù)雜，激光光路的搭建要求等離子體腔室有特殊的結(jié)構(gòu)，例如，進(jìn)行激光誘發(fā)熒光測量時要求腔室在三個方向上都有光學(xué)窗口。這使得激光技術(shù)也難以應(yīng)用在材料處理工藝中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、測量效率高的等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例的等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)，包括：第一離軸拋物面鏡，所述第一離軸拋物面鏡用于將等離子體光源產(chǎn)生的光信號準(zhǔn)直為平行光；第二離軸拋物面鏡，所述第一離軸拋物面鏡和所述第二離軸拋物面鏡呈中心對稱設(shè)置，以將所述平行光進(jìn)行匯聚并形成匯聚點；窄帶干涉濾光片，所述窄帶干涉濾光片設(shè)置在所述匯聚點和所述第二離軸拋物面鏡之間，用于對由所述第二離軸拋物面鏡反射的光信號進(jìn)行色散，以得到色散后的光信號；和圖像采集器，所述圖像采集器設(shè)置在所述匯聚點以采集等離子體的發(fā)光圖像。

根據(jù)本發(fā)明實施例的等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)，采用第一離軸拋物面鏡和第二離軸拋物面鏡組成離軸拋物面鏡組對等離子體源的發(fā)射光進(jìn)行反射，經(jīng)過窄帶干涉濾光片進(jìn)行色散，使得一定波長的部分光信號進(jìn)行透射，并由圖像采集器進(jìn)行空間各點處的光強(qiáng)，得到等離子體源的發(fā)射光在空間各點的光譜。可實現(xiàn)對等離子體源發(fā)射光譜的二維空間分布的測量，可用于監(jiān)測材料處理工藝中等離子體發(fā)射光譜的二維空間分布，有助于優(yōu)化等離子體狀態(tài)參數(shù)的空間均勻性從而提高材料處理結(jié)果的空間均勻性。

在一些示例中，所述圖像采集器為CCD相機(jī)或ICCD相機(jī)。

在一些示例中，還包括：光學(xué)平臺，其中，所述第一離軸拋物面鏡、所述第二離軸拋物面鏡和所述圖像采集器設(shè)置在所述光學(xué)平臺上。

在一些示例中，還包括：旋轉(zhuǎn)臺，所述旋轉(zhuǎn)臺設(shè)置于所述光學(xué)平臺上，所述旋轉(zhuǎn)臺用于驅(qū)動所述窄帶干涉濾光片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以改變光信號在所述窄帶干涉濾光片上的入射角度。

在一些示例中，所述旋轉(zhuǎn)臺可手動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

在一些示例中，還包括：控制器，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)臺相連，所述控制器控制所

述旋轉(zhuǎn)臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的等離子體發(fā)射光譜二維空間分布的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式