[發(fā)明專利]一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410485633.6
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104198439A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何興道;夏如孝;吳濤;葛洋;李翔
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G01N21/51
• 分類號: G01N21/51
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 歐陽沁

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技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置。

背景技術(shù)

高純氣體在國防、化工、電子、冶金、能源等領(lǐng)域中有著廣泛的用途。在半導(dǎo)體行業(yè)中高純氣體的作用顯得更加重要，從半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件、集成電路的制造到半導(dǎo)體材料、器件的理論物理的研究都離不開各種高純氣體。因此，對高純氣體進(jìn)行檢測非常有必要。

光的彈性散射主要包括瑞利散射和米散射。當(dāng)微粒的大小比入射光波長小的多時產(chǎn)生瑞利散射，當(dāng)微粒的大小與入射光波長接近或者大于入射光波長時則產(chǎn)生米散射。可見光波長范圍為390~760nm，常見氣體分子直徑小于0.5nm，主要引起瑞利散射，氣溶膠直徑在0.001～100μm?之間，主要引起米散射。因此，根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據(jù)米散射峰的強度可以判斷氣溶膠的濃度。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)對高純氣體中氣溶膠的檢測，我們提出了一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法。該方法根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，當(dāng)高純氣體中不存在氣溶膠時，其散射頻譜中不存在米散射峰,當(dāng)高純氣體中存在氣溶膠時，其散射頻譜中存在米散射峰；根據(jù)米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度。。

本發(fā)明的裝置包括激光器（1）、凸透鏡（2、10）、氣體散射池（3）、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)（4）、鑒頻裝置（9）、光電探測器（11）、數(shù)據(jù)采集卡（12）和計算機（13）。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是：激光器（1）輸出的激光經(jīng)凸透鏡（2）聚焦到氣體散射池（3）中，與里面的氣體分子相互作用，產(chǎn)生散射信號。散射光經(jīng)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)（4）準(zhǔn)直、濾波后進(jìn)入鑒頻裝置（9）中進(jìn)行鑒頻，然后通過凸透鏡（20）聚焦到光電探測器（11）中。光電探測器（11）探測到的散射信號由數(shù)據(jù)采集卡（12）進(jìn)行采集，最終在計算機（13）中進(jìn)行顯示，測得高純氣體的瑞利-米散射頻譜。

其中,激光器（1）為連續(xù)泵浦激光器或脈沖激光器，輸出激光的線寬小于100MHz；鑒頻裝置（9）為F-P掃描干涉儀或斐索干涉儀，F(xiàn)-P掃描干涉儀的自由光譜范圍小于10GHz，精細(xì)度大于20，斐索干涉儀的分辨率小于或等于100MHz；光電探測器（11）為光子計數(shù)器、光電倍增管或ICCD。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢如下：一、通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來進(jìn)行氣溶膠的探測，根據(jù)散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據(jù)米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度，具有高靈敏度的優(yōu)點。二、使用光電探測器對散射光進(jìn)行探測，并使用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，可以獲得高精度的瑞利-米散射頻譜。

附圖說明

????附圖1給出了檢測高純氣體中氣溶膠的裝置原理圖；

附圖2給出了高純氣體中有氣溶膠和無氣溶膠時的散射頻譜圖；

附圖3給出了高純氣體中氣溶膠濃度較低時的散射頻譜圖；

附圖4給出了高純氣體中氣溶膠濃度較高時的散射頻譜圖。

具體實施方式

如附圖1所示，該裝置包括激光器（1）、凸透鏡（2、10）、氣體散射池（3）、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)（4）、鑒頻裝置（9）、光電探測器（11）、數(shù)據(jù)采集卡（12）和計算機（13）。其中光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)（4）包括凸透鏡（5、6、8）和小孔光闌（7）。

首先在無塵環(huán)境下對氣體散射池（3）進(jìn)行清洗，徹底除去其附著的灰塵，然后將待檢測的高純氣體充入到氣體散射池（3）中。激光器（1）輸出的窄帶激光經(jīng)凸透鏡（2）聚焦到氣體散射池（3）中，與里面的氣體分子相互作用，產(chǎn)生散射信號。側(cè)向90°的散射光經(jīng)凸透鏡（5、6）準(zhǔn)直、匯聚，經(jīng)小孔光闌（7）濾波、凸透鏡（8）匯聚后進(jìn)入鑒頻裝置（9）中進(jìn)行鑒頻，然后通過凸透鏡（10）聚焦到光電探測器（11）中。光電探測器（11）探測到的散射信號由數(shù)據(jù)采集卡（12）進(jìn)行采集，最終在計算機（13）中進(jìn)行顯示，測得高純氣體側(cè)向90°的瑞利-米散射頻譜。

附圖2中虛線為高純氣體中不存在氣溶膠時的散射頻譜圖，氣體主要產(chǎn)生瑞利散射，其譜線近似為高斯線型；附圖2中實線為高純氣體中存在氣溶膠濃度時的散射頻譜圖，氣體同時產(chǎn)生了瑞利散射和米散射，其譜線近似為高斯線型和洛倫茲線型的疊加，中間凸起的峰為米散射峰。附圖3為高純氣體中氣溶膠濃度較低時的散射頻譜圖，附圖4為高純氣體中氣溶膠濃度較高時的散射頻譜圖。由附圖2可以看出，當(dāng)高純氣體中不存在氣溶膠時，其散射頻譜中不存在米散射峰；當(dāng)高純氣體中存在氣溶膠時，其散射頻譜中存在米散射峰。因此，根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠。由附圖3和附圖4可以看出，米散射峰的強度與高純氣體中氣溶膠的濃度成正相關(guān)，根據(jù)米散射峰的強度可以判斷氣溶膠的濃度。