一种用电子束泵浦晶体材料产生紫外光的装置和方法

摘要

本发明提供一种用电子束直接泵浦晶体材料产生紫外光辐射的装置，包括：晶体材料；其特征在于：还包括电子枪和真空系统；把晶体材料粘接或用真空“O”圈压封在电子束的输出窗口上，所述的真空系统直接连接在电子枪上，所述的晶体材料上设置一金属电极，利用金属电极把晶体材料3接地，保障电子束能形成一个回路。该方法利用电子束直接泵浦禁带宽度大于3eV的宽禁带晶体材料产生紫外光。可根据需要，选择不同的晶体材料，获得不同波长的紫外光。选用连续或脉冲的电子束，可以得到连续输出或脉冲输出的紫外光。

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生紫外光的装置和方法，特别涉及一种利用电子束直接泵浦晶体材料产生紫外光的装置和方法。

背景技术

紫外光在环保、医学、科学研究、空间探测和军事等很多领域有着重要和广泛的应用，因此人们设法通过不同的技术和方法获取紫外光源。如：利用锗、硅材料制备的紫外光二极管(参考文献1：深圳市辉锐光电科技有限公司产品说明书；参考文献2：深圳市伟创电子有限公司产品说明书)；利用氙气等制备成紫外灯管(参考文献3：上海达纯环保科技有限公司产品说明书；参考文献4：飞利浦公司产品说明书)；甚至利用ArF、Krf、XeCl、XeF等气体研制出紫外光激光器(参考文献5：德国Lambda Physik公司产品说明书)。利用上述所介绍的产生紫外光的装置和方法，所产生的紫外光源有的是功率太小，有的是波长范围有限，尤其是要获得不同波长紫外光，例如深紫外的紫外光更加不容易。总之，现有的紫外光源还远远不能满足人们的需要和要求。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述已有的产生紫外光的装置和方法的缺点和不足，为满足人们的需要和工业、科研等方面的要求，从而提供一种通过用电子束直接泵浦晶体材料，产生不同波长紫外光的装置和方法。该方法利用电子束直接泵浦不同禁带宽度的晶体材料，获得不同波长输出的紫外光；利用连续电子束或脉冲电子束泵浦，获得不同波长紫外光的连续输出或脉冲输出。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的用电子束直接泵浦晶体材料产生紫外光辐射的装置，包括：晶体材料3；其特征在于：还包括电子枪1和真空系统2；把晶体材料3粘接或用真空“O”圈压封在电子束出射的窗口上，所述的真空系统2直接安装在电子枪1上，所述的晶体材料3上设置一金属电极，利用金属电极把晶体材料3接地，保障电子束能形成一个回路(参考图2)。

在上述的技术方案中，还包括一真空室4；所述的真空室4与所述的电子枪1密封联通，所述的真空系统2与所述的真空室4密封联通；所述的晶体材料3放在该真空室4内(参考图1)；把晶体材料3放在真空室4里，避免了大气对深紫外光的吸收。

在上述的技术方案中，所述的金属电极为在所述的晶体材料3上制成一个点、一条线或一个面的金属电极，该金属电极为金、银、铂、铟、锡、铝、铜等金属导电材料。

在上述的技术方案中，所述的晶体材料3，包括SrTiO₃、BaTiO₃、LiAlO₂、LSAT、Al₂O₃、ZnO、LaAlO₃、MgO、YSZ、NdGaO₃、NdCaAlO₄、SrLaAlO₄、GGG、KTaO₃、GdScO₂、DyScO₃、MgF、TeO₂、LaF、LiNbO₃等各种宽禁带晶体材料。

在上述的技术方案中，所述的电子枪1为输出连续的，或是脉冲电子束的。

在上述的技术方案中，所述的晶体材料3为方形、三角形、圆柱形或多边形。为了获得较好的紫外光发射和防止所产生紫外光的放散，把晶体材料3紫外光的出射面进行光学抛光，其余的面可以抛光，也可以不抛光。

本发明提供的用电子束直接泵浦晶体材料产生紫外光辐射的方法，包括以下步骤：

1).把真空系统2直接连接在电子枪1上，把晶体材料3粘接或用真空“O”圈压封在电子束出射的窗口上(如图2所示)；或把真空室4与电子枪1和真空系统2密封联通；把晶体材料3放在该真空室4内(参考图1)；

2).制备金属电极：先在晶体材料3上焊接或蒸镀一个金属电极，利用金属电极把晶体材料3接地，保障电子束能形成一个回路；

3).将真空室的真空度抽空到10^-2Pa以上，以保障电子枪对电子束的正常发射；

4).启动电子枪1，用电子束直接泵浦晶体材料3。如果选择禁带宽度大于3eV的晶体材料做晶体材料3，当一束电子束能量大于3eV的入射到晶体材料3时，就可以激发晶体材料3中的电子，被激发的电子通过能带跃迁产生紫外光。

在上述的技术方案中，所述的电子束可以是连续的，也可以是脉冲的。选用连续或脉冲的电子束，就可以获得连续或脉冲的紫外光。

在上述的技术方案中，所述的电子束可以从晶体材料3的正面入射，也可以从晶体材料3的侧面入射。当电子束入射到晶体材料3时，晶体材料3的各个面均可以发出紫外光。因此可按照需要把晶体材料3加工成方形、三角形、圆柱形或多边形。

本发明的优点在于：

本发明提供了一种其它方法难以实现的产生不同波长紫外光的装置和方法；本发明所提供的用电子束泵浦宽禁带晶体材料产生紫外光辐射的装置和方法，利用电子束直接泵浦禁带宽度大于3eV的宽禁带晶体材料产生紫外光。可根据需要，选择不同的晶体材料3，获得不同波长的紫外光。选用连续或脉冲的电子束，可以得到连续输出或脉冲输出的紫外光。此装置和方法不仅简单，而且可得到其它方法难以得到的不同波长的连续输出或脉冲输出的紫外光。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细的说明：

图1用电子束泵浦晶体材料产生紫外光辐射的装置和方法示意图1。

图2用电子束泵浦晶体材料产生紫外光辐射的装置和方法示意图2。

图面说明如下：

1--电子枪；     2--真空系统；

3--晶体材料；   4--真空室。

具体实施方式

实施例1：

参考图1，制作一本发明的用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，并结合该装置说明如何应用该装置进行用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光的方法。

图1中的电子枪1选用沈阳中科院科仪研制中心生产的利用25KV连续输出的电子枪，电子枪1密封安装在直径500mm的真空室4上，用8升/分的机械泵和500升的分子泵组成真空系统2，该真空系统2与真空室4密封联通；选用的晶体材料3为5mm宽×10mm长×厚1mm的MgO单晶晶体材料，其中宽5mmX长10mm的两个面为光学抛光，并在MgO的一个边用铟焊接导线；避免了大气对深紫外光的吸收，把晶体材料3放在真空室4内，将MgO上的导线接地(参考图1)。

应用上述的装置，输出的电子束泵浦MgO晶体材料产生紫外光辐射的方法，包括以下步骤：

1).把电子枪1安装在真空室4上，利用真空系统2把真空室的真空度抽空到10^-2Pa以上，以保障电子枪对电子束的正常发射；

2).制备金属电极：为了避免大气对深紫外光的吸收，先在晶体材料3的一个边上焊接一条铟电极，然后把MgO晶体材料3放在真空室4里，利用铟电极把晶体材料3接地，保障电子束能形成一个回路；

3).以保障电子枪对电子束的正常发射，将真空室的真空度抽空达到10^-2Pa后；

4).启动电子枪1，25KV电压产生的电子束能量是25KeV，其电子束的能量远远大于MgO材料的禁带宽度8eV，因此可以激发MgO中的电子而产生紫外光。把电子束直接入射到MgO晶体材料3上，用电子束泵浦MgO晶体产生波长≤160nm的连续紫外光。

测量结果如下：

用能量计测量输出紫外光的功率，当电子束从5mm宽10mm长的MgO前面入射时，在MgO的后面测得其紫外光的输出为25mW。

用能量计测量输出紫外光的功率，当电子束从5mm宽10mm长的MgO侧面入射时，在MgO的5mm宽10mm长的面测得其紫外光输出为18mW。

实施例2

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用5mm宽10mm长和厚度1mm的LaAlO₃代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1，泵浦的方法也同实施例1。用电子束泵浦LaAlO₃晶体产生波长≤250nm的紫外光。

用能量计测量输出紫外光的功率，当电子束从5mm宽10mm长的LaAlO₃前面入射时，在LaAlO₃的后面测得其紫外光的输出为23mW。

用能量计测量输出紫外光的功率，当电子束从5mm宽10mm长的LaAlO₃侧面入射时，在LaAlO₃的5mm宽10mm长的面测得其紫外光输出为15mW。

实施例3：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用直径3mm，长15mm的MgO圆柱棒代替方形的MgO做晶体材料3，MgO的两个端面进行光学抛光。电子束从MgO的一个端面入射，用能量计从另一个端面测量紫外光的输出。其紫外光的输出为32mW。其余同实施例1，泵浦的方法也同实施例1。

实施例4：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用5mm宽10mm长和厚度5mm的Al₂O₃代替MgO做晶体材料3。Al₂O₃的六个面全部进行光学抛光，其余同实施例1。用电子束泵浦Al₂O₃晶体产生紫外光。

实施例5：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用LSAT晶体代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1。用电子束泵浦LSAT晶体产生紫外光。

实施例6：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用YSZ晶体代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1。用电子束泵浦YSZ晶体产生紫外光。

实施例7：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用SrLaAlO₄晶体代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1。用电子束泵浦SrLaAlO₄晶体产生紫外光。

实施例8：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用MgF晶体代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1。用电子束泵浦MgF晶体产生紫外光。

实施例9：

按实施例1制作一用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，只是选用LaF晶体代替MgO做晶体材料3，其余同实施例1。用电子束泵浦LaF晶体产生紫外光。

实施例10：

参考图2，制作一本发明的用电子束泵浦宽晶体材料产生紫外光辐射的装置，图中的电子枪1选用沈阳中科院科仪研制中心生产的25KV电子枪，把电子枪1和真空系统2直接连接，用2升/分的机械泵和100升的分子泵组成真空系统2，选用边长10mm的正方形SrTiO₃做晶体材料3，正方形SrTiO₃的六个面全部进行光学抛光，用环氧树脂把SrTiO₃晶体材料3粘封在电子束的输出窗口上。在SrTiO₃一个边的周围用真空镀膜的方法，蒸镀1mm宽的金膜，并在金膜上焊接导线接地。

用电子束泵浦SrTiO₃晶体材料产生紫外光辐射的方法，包括以下步骤：

1).把SrTiO₃晶体材料3粘接或用真空“O”圈压封在电子枪的电子束输出窗口上。

2).制备金属电极：先在晶体材料3上焊接一个圆形的金电极，利用金电极把晶体材料3接地，保障电子束能形成一个回路；

3).利用真空系统2把真空室的真空度抽空到10^-2Pa以上，以保障电子枪对电子束的正常发射；

4).启动电子枪1，25KV电压产生的电子束能量是25KeV，其电子束的能量远远大于SrTiO₃材料的禁带宽度3.2eV，因此可以激发SrTiO₃中的电子而产生紫外光。把电子束直接入射到SrTiO₃晶体材料3上，用电子束泵浦SrTiO₃晶体产生波长≤390nm的紫外光。

实施例11：

按实施例10制作，和泵浦BaTiO₃晶体材料过程同实施例10，只是选用BaTiO₃晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦BaTiO₃晶体产生波长≤390nm的紫外光。

实施例12：

按实施例10制作，用ZnO晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦ZnO晶体产生紫外光。

实施例13：

按实施例10制作，用NdGaO₃晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦NdGaO₃晶体产生紫外光。

实施例14：

按实施例10制作，用NdCaAlO₄晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦NdCaAlO₄晶体产生紫外光。

实施例15：

按实施例10制作，用GGG晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦GGG晶体产生紫外光。

实施例16：

按实施例10制作，用KTaO₃晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦KTaO₃晶体产生紫外光。

实施例17：

按实施例10制作，用GdScO₂晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦GdScO₂晶体产生紫外光。

实施例18：

按实施例10制作，用DyScO₃晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦DyScO₃晶体产生紫外光。

实施例19：

按实施例10制作，用TeO₂晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦TeO₂晶体产生紫外光。

实施例20：

按实施例10制作，用LiNbO₃晶体代替SrTiO₃，用电子束泵浦LiNbO₃晶体产生紫外光。

实施例21：

按实施例1制作，用输出800KV的脉冲电子束的电子枪代替沈阳中科院科仪研制中心生产的25KV电子枪做电子枪1。用脉冲电子束泵浦MgO晶体产生波长≤160nm的脉冲紫外光。