一种集成冷却装置的高亮度紫外光源制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种集成冷却装置的高亮度紫外光源，包括冷却装置、等离子保持器、射频电场聚焦器、密封固定装置。本实用新型专利技术装置利用射频聚焦等离子共振技术在局部空间形成高密度的射频电场(电场强度可以达到10

【技术实现步骤摘要】
一种集成冷却装置的高亮度紫外光源
本技术涉及紫外光源设备领域，特别涉及一种集成冷却装置的高亮度紫外光源。
技术介绍
紫外光源在科研方面的光电子能谱、质谱研究；微电子与光电子技术的紫外光刻；化学工业中的光合成、光固化、光氧化；食品医疗方面的杀菌、消毒、治疗皮肤病以及公安侦查的鉴别等领域具有广泛的应用。现有的紫外光源(装置)按紫外光产生的机理，一般分为高压电极放电、微波波导谐振腔耦合、电感线圈耦合等几种类型，但目前上述装置都有着各自的缺陷：1、利用高压电极放电产生等离子发光，该类装置的电极因受等离子腐蚀，其寿命一般在1000小时以内。同时电极之间电场能量密度小(一般在105V/m以下)，导致发光效率不高，一般在不超过1016photons/(Sr*S)；2、波导型谐振腔微波耦合，由于该类装置的电场能量密度分布在整个谐振腔内，因而能量分布空间大，发光效率一般不超过1016photons/(Sr*S)；在波导型谐振腔微波耦合的基础上，增加一段与微波频率匹配的永磁体，使产生的等离子体发生回旋共振(ECR)，采用电子回旋共振的方式激发产生等离子体是更先进的低温等离子体技术，发光效率有一定的提高，但是其发光效率仍达不到1017photons/(Sr*S)；更重要的一点这种波导型谐振腔的尺寸需要和微波的波长匹配。为了减小谐振腔的尺寸，通常需要使用高频的微波(代表性的如：德国SPECS公司采用的是2.45GHz微波源，瑞典的SCIENTA公司更是使用了10GHz超高频微波源)作为激励源，这类大功率的高频微波源及配套设备体积庞大、价格昂贵；3、电感线圈耦合方式，线圈激发的频率较低(一般小于100MHz)，其发光效率不超过1016photons/(Sr*S)。另外现有的紫外光源，多数需要点火装置，导致系统较为复杂，制造和维护成本高。另一方面，对于较重的气体，由于等离子腐蚀比较严重，现有的紫外光源装置只能激励1-2种工作气体发光。需要指出的是，现有的紫外光源一般采用整体风冷或局部水冷的方式，这些冷却方式未能有效对介质管进行冷却，使得现有技术中紫外光源的介质管以及其他部件的使用寿命受到了极大限制；而且现有技术中的冷却方式会对腔体内电场分布有所干扰，使得紫外光发光效率以及稳定性也受到较大影响。
技术实现思路
为了解决现有紫外光源发光效率低下、冷却效果不佳的问题，本技术披露了一种集成冷却装置的高亮度紫外光源，本技术的技术方案是这样实施的：一种集成冷却装置的高亮度紫外光源，包括等离子保持器、射频电场聚焦器、密封固定装置以及冷却装置；所述密封固定装置包括真空接口；所述射频电场聚焦器为等离子局域场型电场聚焦器，包括射频源、天线、内导体和外导体；所述天线第一端与所述射频源电性连接，所述天线第二端与所述外导体电性连接；所述等离子保持器包括光传导部和进气口；所述等离子保持器至少一部分位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内；所述内导体包含流体通道；所述冷却装置包括流体输出端，所述流体输出端与所述流体通道相通；所述密封固定装置设置有流体出口。优选地，所述内导体包括柱状的内电极面，所述外导体包括阶梯形柱状的外电极面，所述内电极面与所述外电极面电性连接；所述外电极面包括上极面和下极面；所述外电极面与所述内电极面同轴；所述天线设置于所述下极面与所述内电极面之间；所述密封固定装置还包括固定部件；所述固定部件用于限定所述等离子保持器和所述内导体的相对位置；所述真空接口紧套在所述光传导部外壁上。优选地，所述固定部件为可容纳所述外导体、所述内导体、所述天线及所述等离子保持器的管状容器，所述固定部件的顶部固定所述光传导部。优选地，所述固定部件包括环形狭缝，所述环形狭缝连通所述固定部件内部的中空区域；所述环形狭缝包括与外界输气设备相连的狭缝入口。优选地，所述光传导部包括窄通道，所述窄通道内径D1为0.5～15mm；所述等离子保持器位于所述能量聚焦范围内的部分，其厚度为0.2～4mm。优选地，所述等离子保持器还包括与所述光传导部连接的封闭部，所述封闭部位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内。优选地，所述封闭部呈椭球形，其短轴方向内径D2为2～20mm，长轴方向内径D3为5～30mm；所述内导体呈柱状，所述流体通道贯穿所述内导体的上端以及下端；所述流体包括干燥的空气。优选地，所述进气口设置于所述光传导部一侧，进气口气压为10-3～10mbar，进气口的气体流量为0.05～20sccm；所述环形狭缝一侧的截面呈“G”字形。优选地，所述等离子保持器贯穿所述内导体，所述进气口设置于所述等离子保持器的尾部。优选地，所述等离子保持器与所述内导体的间距为0.1～5mm，所述等离子保持器内径为0.5～15mm，厚度为0.2～4mm；所述内导体呈柱状，所述流体通道贯穿所述内导体的上端以及下端，且处于所述等离子保持器外侧以及所述内电极面之间；所述流体包括干燥的空气。本技术的有益效果是：1、本技术的装置在局部空间形成高密度的射频电场(电场强度可以达到107V/m)，可以直接电离激发等离子，不需要传统的点火装置，简化了系统，提高了实用和稳定性；2、本技术的主要部件(射频电场聚焦器和等离子保持器)尺寸小，使得整个紫外光源装置的体积可以控制在1L之内，大大优于现有的紫外光源装置(3L)；3、本技术所述紫外光源装置可采用24V的低电压驱动射频输出，相比于传统方式的高压(>1000V)极大地降低了使用过程中的安全隐患；4、通过对射频电场聚焦器、等离子保持器尺寸参数、进气参数进行合理配置，高频场激励可以实现1018photons/(Sr*S)以上级别的紫外光发光效率，发出的紫外光能量可以达到4～50eV；5、通过在内导体上设置流体通道、以及集成冷却装置的设计，使得等离子保持器能及时、有效得到冷却，提高了本技术的使用寿命，可达到10000小时以上。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为射频电场聚焦器原理图；图2射频电场聚焦器等效电路图；图3为内导体和外导体尺寸参数示意图；图4为天线横置的截面示意图；图5为内导体顶端凹陷的截面结构示意图；图6为内导体为中空形态的截面结构示意图；图7为外导体截面为三级阶梯状的示意图；图8为等离子保持器贯穿内导体的截面结构示意图；图9为密封固定装置与等离子保持器以及外导体之间的位置关系结构截面示意图；图10为等离子保持器的一种截面结构示意图；图11为等离子保持器的另一种截面结构示意图；图12为本文列举的等离子保持器的第三种截面结构示意图；图13为本文列举的等离子保持器的第四种截面结构示意图；图14为本文列举的等离子保持器的第五种截面结构示意图；图15为本文列举的等离子保持器的第六种截面结构示意图；图16为顶端封闭的等离子保持器的一种截面结构示意图；图17为等离子保持器顶端设置有遮光片时的局部截面示意图；图18为带冷却装置的紫外光源主要部件结构示意图；图19为一种实施例中，流体出口位置示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成冷却装置的高亮度紫外光源，其特征在于：包括冷却装置、等离子保持器、射频电场聚焦器、密封固定装置；所述密封固定装置包括真空接口；所述射频电场聚焦器为等离子局域场型电场聚焦器，包括射频源、天线、内导体和外导体；所述天线第一端与所述射频源电性连接，所述天线第二端与所述外导体电性连接；所述等离子保持器包括光传导部和进气口；所述等离子保持器至少一部分位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内；所述内导体包含流体通道；所述冷却装置包括流体输出端，所述流体输出端与所述流体通道相通；所述密封固定装置设置有流体出口。

【技术特征摘要】
1.一种集成冷却装置的高亮度紫外光源，其特征在于：包括冷却装置、等离子保持器、射频电场聚焦器、密封固定装置；所述密封固定装置包括真空接口；所述射频电场聚焦器为等离子局域场型电场聚焦器，包括射频源、天线、内导体和外导体；所述天线第一端与所述射频源电性连接，所述天线第二端与所述外导体电性连接；所述等离子保持器包括光传导部和进气口；所述等离子保持器至少一部分位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内；所述内导体包含流体通道；所述冷却装置包括流体输出端，所述流体输出端与所述流体通道相通；所述密封固定装置设置有流体出口。2.如权利要求1所述的紫外光源，其特征在于：所述内导体包括柱状的内电极面，所述外导体包括阶梯形柱状的外电极面，所述内电极面与所述外电极面电性连接；所述外电极面包括上极面和下极面；所述外电极面与所述内电极面同轴；所述天线设置于所述下极面与所述内电极面之间；所述密封固定装置还包括固定部件；所述固定部件用于限定所述等离子保持器和所述内导体的相对位置；所述真空接口紧套在所述光传导部外壁上。3.如权利要求2所述的紫外光源，其特征在于：所述固定部件为可容纳所述外导体、所述内导体、所述天线及所述等离子保持器的管状容器，所述固定部件的顶部固定所述光传导部。4.如权利要求3所述的紫外光源，其特征在于：所述固定部件包括环形狭缝，所述环形狭缝连通所述固定部件内部的中空区域；所述环形狭缝包...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢英英，刘锐，何梁，赵嘉峰，
申请(专利权)人：费勉仪器科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31