一种微流靶激光等离子体软X射线－极紫外光源

摘要

一种微流靶激光等离子体软X射线－极紫外光源，属于软X射线－极紫外光学技术领域中涉及的一种激光等离子体光源。要解决的技术问题是：提供一种微流靶激光等离子体软X射线－极紫外光源，解决技术问题的技术方案包括窗口、激光束、聚光透镜、真空靶室、金属制冷管、喷嘴、液体微流靶、真空泵；绝热壳体、致冷器支架、半导体致冷器、导热金属板、喷气阀门等部件；该光源分为上、下两部，在上部的制冷系统中，装有致冷器和金属制冷管，金属制冷管的下端和真空靶室内的喷气阀门相通；在靶室壳体的侧面开有窗口，在其外面置有光轴与窗口垂直的聚光透镜，激光束聚焦在喷嘴喷出的液体微流靶上，形成激光等离子体软X射线－极紫外光源。

说明书

一.、技术领域

本发明属于软X射线-极紫外光学技术领域中涉及的一种激光等离子体光源。

二、背景技术

在空间光学、天体物理、辐射计量等现代科学探索中，作为手段往往需要软X射线光源。在医学诊断、材料分析、投影光刻、显微镜技术等现代高科技领域中，软X射线光源已经得到了较为广泛的应用。

早期的激光等离子体软X射线光源是高功率密度的脉冲激光聚焦在金属靶面上，形成激光等离子体并产生软X射线-极紫外辐射，在激光等离子体形成的同时，产生的金属碎屑也会对临近光源的光学元件造成损坏或降低其光学性能。为此，要对靶的材料进行改变，近年来出现了气体或液体靶激光等离子体光源。

与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所于2004年11月申请的发明专利，名称为“一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源”。申请号为：200410011194.1如图1所示：包括窗口1、激光束2、聚光透镜3、真空靶室4、金属法兰5、外桶6、隔热管7、液氮进口8、隔热定位筒9、把手10、工作物质进口端11、液氮出口12、隔热板13、波纹管14、高压腔15、金属制冷管16、加热电阻丝17、阀杆18、喷嘴19、液体微流靶20、真空泵21。

外桶6通过金属法兰5在真空靶室4的顶部与真空靶室4密封固连，左右两个隔热管7在外桶6的顶部穿过外桶6并且焊接固连，金属制冷管16的液氮进口8与左边的隔热管7密封配合安装，伸向外桶6和真空靶室4内，在真空靶室4内的金属制冷管16紧密缠绕在上部带有波纹管14的高压腔15下半部平直段上，在缠绕的金属制冷管16的外测，还紧密缠绕加热电阻丝17，与金属制冷管16共同控制高压腔15的温度，金属制冷管16用以引进制冷物质进行制冷。从高压腔15引出的工作物质输进管的进口端11伸出外桶6，与外桶6焊接固连，工作物质输进管的进口端11用以输进形成微流的工作液体；金属制冷管16的液氮出口12与右边的隔热管7密封配合安装并伸出外桶6之外，形成制冷物质的循环机构；液体微流靶调节部分由旋转把手10、隔热定位筒9、隔热板13、阀杆18组成，隔热定位筒9焊接固定在外桶6的顶部中央，旋转把手10的转杆与隔热定位筒9之间螺纹配合，下端插入到隔热板13的上凹槽内，隔热板13的侧面与隔热定位筒9的内表面滑动接触，可上下滑动；在高压腔15内的阀杆18的上端穿过波纹管14，伸出的头部插入到隔热板13的下凹槽内，阀杆18的下端阀尖，随阀杆18移动能够封住高压腔15底部喷嘴19，用于调节液体微流靶20的大小，旋转把手10的转杆与阀杆18处于同轴线上；激光束2通过聚光镜3和真空靶室窗口1聚集在液体微流靶20上，在激光的作用下产生激光等离子体和EUV辐射；在真空靶室4的下方与其相通，置有真空泵21，对真空靶室4抽真空，以保证真空度。

该软X射线-极紫外光源存在的主要问题是，需要使用液氮或液氦制冷，增加使用成本；用分立的加热系统和制冷系统，不能实现对喷嘴的高精度温度控制，影响光源的稳定性；使用易烧坏的电阻丝作为加热器，降低了光源的使用寿命。

三、发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提高光源的稳定性，增加光源的使用寿命，降低成本，特设计一种新型软X射线-极紫外光源。  本发明要解决的技术问题是：提供一种微流靶激光等离子体软X射线-极紫外光源。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括：窗口22、聚焦透镜23、激光束24、密封圈25、密封圈26、绝热壳体27、致冷器支架28、半导体致冷器29、入气口30、金属制冷管31、导热金属板32、金属法兰33、螺栓34、真空靶室法兰35、螺母36、喷气阀门37、喷嘴38、液体微流靶39、真空靶室40、真空泵41、靶室壳体42。

该软X射线-极紫外光源的上部为制冷系统，下部为阀门和真空靶室系统，上部制冷系统由绝热壳体27包围成腔体，下部的真空阀门37位于真空靶室40内，被靶室壳体42包围，也是一个腔体，上、下两个腔体通过绝热壳体27的下开口平直沿、金属法兰33、真空靶室法兰35用螺栓34固连在一起，为了保持密封性，在金属法兰33的下凹槽内置有密封圈26，在真空靶室法兰35的端槽内置有密封圈25；在上部的制冷系统中，在绝缘壳体27内装有致冷器支架28，致冷器支架28的上端与绝热壳体27的顶部固连，绝缘壳体27的顶部中心部位开有孔，金属制冷管31的入气口30穿过中心孔伸向绝热壳体27的外面，在金属制冷管31的侧面装有导热金属板32，导热金属板32的下端与金属法兰33固连，导热金属板32的外侧装有半导体致冷器29，半导体致冷器29的外侧与致冷器支架28固连；金属制冷管31的下端穿过金属法兰33的中心孔伸向真空靶室40内，通过螺母36和喷气阀门37相通固连；真空泵41和靶室壳体42相通，工作时对真空靶室40抽真空；在靶室壳体42的侧面开有窗口22，在窗口22的外面置有聚光透镜23，聚光透镜23的光轴与窗口22垂直，激光束24经聚光透镜23和窗口22，聚焦在从喷气阀门37的喷嘴38喷出的液体微流靶39上，在激光的作用下，产生激光等离子体，辐射软X射线及极紫外射线，形成激光等离子体软X射线-极紫外光源。

工作原理说明：高压气体从金属制冷管31的入气口30进入金属制冷管31后，经半导体致冷器29制冷后变成液体进入喷气阀37，在高压的作用下从喷气阀门喷嘴38喷出，形成液体微流靶39，工作过程中真空泵41对真空靶室40不断地抽真空，激光束24经聚光透镜23，窗口22聚焦在液体微流靶39上，在激光的作用下产生激光等离子体并辐射软X射线-极紫外射线，形成激光等离子体软X射线-极紫外光源。

本发明的积极效益：使用半导体致冷器制冷的气体流过管道，使气体到达喷嘴之前完全变成液体，同时实现了对喷嘴的高精度温度控制，提高了光源的稳定性，半导体致冷器既能制冷又能加热，消除了已有技术中使用制冷剂和电阻丝存在的缺点，降低了运行成本，提高了光源的使用寿命。

四、附图说明

图1是已有技术的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

五、具体实施方式

本发明按图2所示的结构实施，其中真空靶室窗口22的材料采用石英玻璃，聚光透镜23采用球面或非球面石英透镜，口径大小和焦距长短由真空靶室的大小决定，产生激光束24的激光器可以采用Nd:YAG脉冲激光器，其工作波长是1064nm，也可以是其二倍频532nm或三倍频266nm，所产生的激光焦点处的功率密度大于10¹⁰W/cm²。密封圈25、26的材料选择氟橡胶，尺寸大小由真空靶室40的大小选择，绝热壳体27的材料选择聚砜等绝热材料，壁厚10mm，致冷器支架28的材料选择不锈钢，半导体致制冷器29采用多级串联方式，金属制冷管31采用外径为5mm、内径3mm的铜管，导热金属板32的采用5mm厚的不锈钢制作，高度由螺旋状金属制冷管31的高度来确定，金属法兰33采用10mm厚的不锈钢钢，带有中心孔，孔的直径与制冷管31采用外径匹配，并可使其穿过金属法兰33中心孔，导热金属板32焊接在金属法兰33上，两者成为一体件，螺栓34采用不锈钢件标准件，真空靶室法兰35和中空靶室壳体42是一体件，材料采用不锈钢，真空靶室壳体42采用壁厚在5-10mm之间不锈钢，螺母36和喷气阀门37的材料均选用不锈钢。喷气阀门37采用电磁阀，其喷嘴38的孔径在0.1-1mm之间。液体微流靶39，采用氙气经过制冷管31制冷后变成液体氙。