[發明專利]一種強磁場下高能紫外激光導入裝置

在審

• 申請號: 201711116848.0
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107884918A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 戴建明;朱順進;周曉軍;鐘劉軍;魏巍;朱雪斌;盛志高;孫玉平
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;C23C14/28
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,李闖

技術領域

本發明涉及材料制備裝備領域，尤其涉及一種強磁場下高能紫外激光導入裝置。

背景技術

近幾年來，材料制備領域中利用高能紫外激光(通常需要的激光能量密度在每平方厘米數個焦耳以上)進行材料加工與合成的研究越來越多，例如：脈沖激光沉積(PLD)技術通常采用的就是短波長(紫外)準分子脈沖激光器，利用這種短波長(紫外)準分子脈沖激光器發射的高能紫外激光照射靶材激發等離子體羽，就可以進行薄膜沉積；因此高能紫外激光在材料制備領域有著巨大應用前景。PLD技術可以沉積制備高質量的復雜成分和高熔點薄膜材料，這已經成為當前材料科學研究中不可缺少的薄膜制備技術。此外，利用高能紫外激光可以在較低溫度甚至室溫條件下輔助晶化材料，這也具有十分重要的應用前景。

磁場作為一種理想的非接觸的外場驅動力，可以影響到材料生長過程中的晶粒形核、長大、晶界遷移和再結晶等過程，從而會對材料的微結構和性能起到調控作用，因此在脈沖激光沉積薄膜過程中引入強磁場以實現對薄膜的微結構和功能進行調控越來越受到人們的關注；例如：在強磁場下進行脈沖激光沉積制備薄膜，可以獲得柱狀納米結構的錳氧化物薄膜材料，這種薄膜材料具有大的低場磁電阻效應。然而，目前的強磁場通常由超導磁體產生，而超導磁體的鏜孔空間狹窄，并且需要極低溫的工作條件，因此將高能紫外激光引入超導磁體腔內(強磁場環境)進行材料制備具有一定技術難度。

在現有技術中，授權公告號為CN103774097B的中國專利中公開了一種強磁場下脈沖激光沉積薄膜制備裝置，其技術方案是利用會聚透鏡和激光導入腔將會聚的高能紫外激光引入到超導磁體的鏜孔內，然后采用抗高能激光的反射鏡作為激光反射裝置將會聚的高能紫外激光反射后聚焦到目標靶材表面，從而實現了在強磁場下進行脈沖激光沉積制備薄膜；但是現有抗高能紫外激光的反射鏡通常是由多層介質膜(例如：HfO₂/SiO₂膜系)構成，具有大的光子能量的高能紫外激光容易損傷介質膜，因此要獲得高損傷閾值的介質膜反射鏡并不容易。以反射248nm的高能紫外激光為例，普通熱蒸發技術所制得的介質膜反射鏡激光損傷閾值一般在4J/cm²以內，而脈沖激光薄膜沉積過程中反射鏡上的能量密度峰值通常超過4J/cm²，因此這種介質膜反射鏡非常容易損壞。原理上高質量的介質膜反射鏡其激光損傷閾值可以達到很高，但高質量介質膜對鍍膜技術和工藝控制要求非常高，所以制備高損傷閾值的介質膜反射鏡成本也非常高。介質膜反射鏡損傷帶來的直接結果是使會聚到靶材上的脈沖激光能量很快衰減，不能激發等離子體羽輝，無法正常工作。即使介質膜輕微的損傷也會影響鍍膜質量，造成鍍膜質量不可控。此外，上述專利所公開的技術方案中，會聚透鏡與激光導入腔是分立的，因此在激光光路調節上很不方便。

發明內容

針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種強磁場下高能紫外激光導入裝置，不僅解決了現有高能紫外激光反射裝置的容易損壞、加工困難、成本高等技術問題，能夠更加穩定可靠地將高能紫外激光導入并聚焦到強磁場中的靶材上，而且采用了一體化結構設計，使安裝拆卸和激光光路調節更加方便，經濟耐用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種強磁場下高能紫外激光導入裝置，用于伸入到超導磁體的鏜孔內，并將高能紫外激光聚焦到目標靶材5上，包括：非球面會聚透鏡1、可伸縮鏡筒2、反射箱3和全反射棱鏡4；全反射棱鏡4的底面為反射面，全反射棱鏡4的兩個斜側面分別為入射光通光面和反射光通光面；全反射棱鏡4設于反射箱3內，并且反射箱3上對應入射光通光面的位置設有入射口，對應反射光通光面的位置設有反射口；非球面會聚透鏡1設于可伸縮鏡筒2的內部前端，而可伸縮鏡筒2的后端固定在反射箱3的入射口上；反射箱3和可伸縮鏡筒2的后端伸入到超導磁體的鏜孔內，并且反射箱3的反射口對準所述鏜孔內的目標靶材5，從而入射的高能紫外激光依次經過非球面會聚透鏡1和全反射棱鏡4聚焦到目標靶材5上。

優選地，非球面會聚透鏡1與全反射棱鏡4之間的距離小于非球面會聚透鏡1的焦距。

優選地，所述非球面會聚透鏡1的conic參數為-0.5～-0.8。

優選地，全反射棱鏡4的反射面的法線方向與非球面會聚透鏡1的光軸之間夾角α為65°全反射棱鏡4的反射面與全反射棱鏡4的入射光通光面之間夾角β為65°；全反射棱鏡4的反射面與全反射棱鏡4的反射光通光面之間夾角γ為65°。

優選地，所述反射箱3的反射口上設有透光保護窗片6。