[發明專利]一種同軸氣體放電真空紫外光源裝置

有效

• 申請號: 201710143080.X
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106941073B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 洪延姬;馮高平;王明東;王廣宇;宋俊玲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: H01J63/08
• 分類號: H01J63/08;H01J63/02
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明采用射頻氣體放電方式激發惰性氣體等離子體，提供一種用于產生真空紫外光源的裝置。該裝置由中心柱形相互作用腔、同軸環形放電光源腔、射頻螺旋共振激發腔與超高真空法蘭連接件四部分組成。該裝置采用氟化鎂晶體材料制成的圓管作為光學窗，真空紫外光在氟化鎂圓管外壁的同軸環形放電光源腔產生，穿過氟化鎂圓管照射到內部中心柱形相互作用腔，直接作用于目標物質，縮短光線傳播距離，增加光源有效面積，減小光束發散角，提高光源利用率；該裝置采用無極射頻放電方式激發氣體等離子體，并通過填充不同惰性氣體產生特定波長真空紫外光子，通過調節氣體氣壓和射頻頻率、功率等參數，可以調節真空紫外光輸出功率，滿足不同應用對光源的需求。

技術領域

本發明涉及一種同軸氣體放電真空紫外光源裝置，用于真空紫外光譜學測量、真空紫外光化學分析、真空紫外光譜分析等領域。

背景技術

真空紫外光是一種高能光子，它能引起物質中原子和分子在電離能附近的能級躍遷和化學反應，具有其他波長光源無法比擬的優勢，由此開辟和發展了許多具有實際應用價值的研究領域，例如真空紫外光譜學、真空紫外光化學、真空紫外光譜分析等。如何設計和研制工作壽命長、發光效率高、穩定度高的真空紫外光源是這些研究中需要解決的首要問題。

真空紫外光源根據結構和工作原理不同，可分為直流驅動氣體放電真空紫外燈、射頻驅動氣體放電真空紫外燈和無窗氣體放電真空紫外燈三類。直流放電真空紫外燈工作時，金屬電極遭受離子轟擊，會引起陰極濺射,濺射出的金屬往往沉積在晶體窗口表面，減少了窗口透明度，從而降低了使用壽命。為了避免這種濺射效應的影響，直流放電真空紫外燈的結構通常設計得比較復雜，光源實際利用率不高，是一種點光源。射頻放電真空紫外燈，燈內沒有電極，因此不存在濺射和陰極壓降問題。工作時射頻信號通過繞于燈管外部的螺線管耦合進入燈內，作用于工作氣體，放電管中的工作氣體是在整個管子的橫截面上激發的，在垂直于輻射光傳遞方向的面上，光的輻射強度是均勻的，因此射頻放電真空紫外燈是一種面光源。無窗型真空紫外氣體放電燈可以發射出波長更短的極紫外光，但是其結構復雜、操作不變，工作時消耗高純度稀有氣體，并需要配備真空系統，運行費用高等缺點突出，目前只是處在實驗室研究階段。

上述直流或者射頻驅動的氣體放電真空紫外燈，由于結構設計的限制，其有效發光區域比較小，為點光源或者面光源，單個真空紫外光源的發光功率比較低，不能滿足特定應用對真空紫外光功率的需要。為了解決這一難題，文獻All-optical production andtrapping of metastable noble-gas atoms down to the single-atom regime(EPL2014-13001)公布了一種利用多個真空紫外燈陣列提高工作區域真空紫外光功率的結構。這種結構所采用的多個真空紫外燈分別使用獨立的激發源，氣體管道和電子信號的連接結構復雜。如果工作時部分器件出現故障，檢修難度較大，整體結構的穩定性和可靠性也比較低。特別需要指出的是，這種將多個真空紫外燈簡單地組合在一起提高光功率的結構，是針對特定應用而設計的，并沒有解決單個真空紫外燈發光效率低的問題，不適用于大多數應用場合。

發明內容

本發明克服傳統真空紫外燈光源光子利用率低，輸出光功率不高的缺點，采用螺旋共振腔激發氣體等離子體的方式，提供一種用于產生真空紫外光的射頻放電燈結構，采用同軸心型放電結構設計，充分利用氟化鎂晶體對真空紫外光透射率高的特點，通過優化結構以提高真空紫外光源的利用率。