專利名稱：一種穩定的液體靶激光等離子體光源的制作方法
技術領域：
本發明屬于軟x射線-極紫外光學技術領域中涉及的一種激光等離子體光源。
二背景技術：
在空間光學、天體物理學、輻射計量等現代科學探索中，作為一種手段
往往需要軟X射線-極紫外光源，在醫學診斷、材料分析、投影光刻、顯微 鏡技術等現代高科技領域中，軟x射線-極紫外光源己經得到較為廣泛的應用。
早期的激光等離子體軟x射線光源，是使用高功率密度的脈沖激光聚焦
在金屬耙上，形成高溫等離子體，并由高溫等離子體產生軟x射線和極紫外
波段的光輻射。這種情況下在激光等離子體形成的同時，也伴隨著大量金屬 碎屑的產生，對光源附近的光學元件造成損害或降低其光學性能，為此，要 對靶的材料進行改變。近年來出現了使用氣體或液體靶的激光等離子體光源。
與本發明最為接近的已有技術是中國科學院長春光學精密機械與物理研
究所于2004年11月申請的實用新型專利，名稱為"一種液滴耙激光等離子 體軟X射線光源"，申請號為200420012670.7，如圖1所示。包括隔離管1 、 制冷管進口2、壓電陶瓷振子3、密封桿4、入氣口5、絕緣桿6、彈簧7、 制冷管出口8、閥體9、彈簧IO、密封桿閥尖ll、噴嘴入口 12、電阻加熱絲 13、制冷管14、真空靶室15、噴嘴16、真空泵17、聚光透鏡18、激光束19、真空靶室窗口20、噴嘴出口21、陽極22。
閥體9置于真空靶室15內，上面設有入氣口 5，絕緣桿6固定在彈簧7 上，彈簧7和彈簧10固定在閥體9上，壓電陶瓷振子3的兩端固定在彈簧 10上，密封桿4在壓電陶瓷振子3的下方并與其垂直固定在壓電陶瓷振子3 的中心處，在壓電陶瓷振子3的作用下產生上下位移，密封桿閥尖ll對準 噴嘴入U 12，陽極22絕緣固定在閥體9上，閥體9作為陰極；在安裝閥體 9的真空靶室15的壁上，左右固連裝有兩個隔熱管1，左邊的隔熱管1與制 冷管進U 2密封配合安裝，右邊的隔熱管1與制冷管出U 8密封配合安裝， 制冷管14緊密地纏繞在噴嘴16的外壁周圍，在制冷管14的外側還緊密纏 繞電阻加熱絲13。真空泵17與真空靶室15相通連，工作時對真空靶室15 進行抽真空，在真空靶室15的 一個側面開有真空靶室窗口 20，在窗口外置 有聚光透鏡18，激光束19經聚光透鏡18和真空靶室窗U 20聚焦在從噴嘴 出口 21噴出的液滴上，在激光的作用下產生激光等離子體輻射軟X射線-極紫外光輻射，形成軟X射線-極紫外光光源。
該液滴耙激光等離子體軟X射線光源存在的主要問題是需要使用制冷 劑，如液氮或液氦。使用不便，且增加使用成本；使用分立的加熱系統和制 冷系統，不能實現對噴嘴的高精度溫度控制，影響了光源的穩定性；使用易 燒斷的電阻絲作為加熱器降低了光源的使用壽命。
發明內容
為了克服已有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提高光源的穩定性， 增加光源的使用壽命，降低成本，特設計一種新的軟X射線-極紫外光源。
本發明要解決的技術問題是提供一種穩定的液體靶激光等離子體光源。
解決技術問題的技術方案如圖2所示包括激光束23、聚光透鏡24、真空
靶室窗口 25、噴嘴出口 26、真空泵27、噴嘴28、真空靶室29、噴嘴入U 30、密封桿的閥尖31、密封桿32、壓電陶瓷振子33、絕緣桿34、壓縮彈簧 35、復位彈簧36、閥體37、金屬法蘭38、密封圈39、密封圈40、螺栓41、 絕熱板42、致冷器支架43、半導體致冷器44、入氣口45、金屬制冷管46、 傳熱金屬47、真空靶室法蘭48、陽極49、真空靶室殼體50。
該光源分為兩部分，上部為制冷系統，下部為閥體和真空靶室系統。上 部由絕緣板42形成的腔體包闈著；上、下兩部分通過金屬法蘭38、絕熱板 42的腔體下開口平直沿和真空靶室法蘭48用螺栓41固連在 一起。為了保證 密封性，在金屬法蘭38的下P1槽內置有密封圈39;在真空耙室法蘭48的端 部槽內置有密封圈40;在絕緣板42內裝有致冷器支架43，致冷器支架43 的上端與絕緣板42的頂部固連，絕緣板42的頂部中心開有孔，金屬制冷管 46的入氣口 45穿過中心孔伸向絕緣板42的外部，金屬制冷管46位于致冷 器支架43中心對稱位置，金屬制冷管46的側面是傳熱金屬47，兩者緊密接 觸，傳熱金屬47的下端與金屬法蘭38固連，在傳熱金屬47的外側裝有半 導體致冷器44，它與致冷器支架43固連，金屬制冷管46的下端通過金屬法 蘭38上的孔與閥體37相通，在閥體37的腔內，裝有復位彈簧36，復位彈 簧36的l:面中心位置垂直固連裝有絕緣桿34，在復位彈簧36的下面裝有壓 縮彈簧35，復位彈簧36和壓縮彈簧35都固定在閥體37上；jh:電陶瓷振子 33的兩端固定在壓縮彈簧35 .匕密封桿32在壓電陶瓷振于33下面并與其 垂直固定在壓電陶瓷振子33的中心處，在壓電陶瓷振子33的作用下，產生 上下位移，密封桿的閥尖31對準噴嘴入口 30，密封桿的闊尖31下落時可以
封住噴嘴入口30，密封桿的閥尖31向上移動，噴嘴入口30暢通；陽極49 固定在閥體37上，并與閥體37絕緣，閥體37用作陰極；真空泵27和真空 耙室29相通，工作時對真空靶室29抽真空，在真空靶室殼體50上開有真 空耙室窗口25，在窗口外側置有聚光透鏡24，聚光透鏡24的光軸垂直于真 空靶室窗口 25，激光束23經聚光透鏡24和真空靶室窗口 25聚焦在從噴嘴 出口26噴出的液體上，在激光的作用下形成激光等離子體，產生軟X射線-極紫外光輻射，形成軟X射線-極紫外光源。
工作原理說明氣體從入氣U 45經金屬制冷管46制冷后變成液體進入 閥體37，此時沐:電陶瓷振子33在復位彈簧36和壓縮彈簧35的作用下處于 平衡位置，壓電陶瓷振子33 h的密封桿32通過其閥尖31封住噴嘴入LJ 30， 使液體不能進入噴嘴28中，、與使用脈沖激光打靶時，激光器在產生激光束 的同時，亦產生一個外觸發信號觸發控制壓電陶瓷振子33的電源，壓電陶 瓷振子33開始振動，并帶動密封桿32 —起運動，^密封桿的閥尖31離開 噴嘴入口 30時，液體從噴嘴入U 30進入噴嘴28中，并從噴嘴出口 26噴出， 脈沖激光正好聚焦在液體流上，形成激光等離子體，產生軟X射線-極紫外 光輻射。
本發明的積極效果使用半導體致冷器制冷氣體流過的管道，使氣體到 達噴嘴之前完全變成液體，同時實現了對噴嘴的高精度溫度控制，提高了光 源的穩定性；半導體致冷器既能制冷又能加熱，消除了制冷劑和電阻絲的使 用，降低了運行成本，提高/光源的使用壽命。 四
圖2是本發明的結構示意圖。 五具體實施例方式
本發明按圖2所示的結構實施，其中產生激光束23的激光器可以采用Nd: YAG脈沖激光器，其工作波長是1064nm，也可以是其二倍頻532nm或三倍頻 266nm，所產生的激光焦點處的功率密度大于101QW/cm2。聚光透鏡24可以 選用石英球面或非球面透鏡，其口徑的大小和焦距的長短依據真空靶室29 的尺寸而定。真空靶室窗口25是石英玻璃，噴嘴28的材料采用不銹鋼，噴 嘴出口 26的孔徑在O.l-lmm之間，噴嘴入口 30的孔徑與噴嘴出口 26的孔 徑相同，真空泵27采用分子泵或離子泵，使真空靶室29內的真空度大于10—4 乇。真空靶室29的靶室殼體50采用不銹鋼，其璧厚人于5mm。閥體37、 金屬法蘭38的材料選用不銹鋼。密封桿32及其閥尖31采用耐低溫、耐磨 損的聚四氟乙烯，其直徑與噴嘴入U 30相匹配；壓電陶瓷振子33采用振動 幅度大的壓電陶瓷晶體，絕緣桿34的材料選用圓柱形聚四氟乙烯，復位彈 簧36和壓縮彈簧35均采用不銹鋼彈簧，密封圈39和40均采用氟橡膠圈， 絕熱板42采用聚砜，其壁厚10mm，制冷器支架43的材料選擇不銹鋼，f-導體致冷器44采用多級串聯方式，金屬制冷管46采用外徑為5mm、內徑 3mm的銅管，傳熱金屬板47的采用5mm厚的不銹鋼制作，高度由螺旋金 屬制冷管46的高度來確定，陽極49的材料選用銅，與閥體37固連且絕緣， 用導線與壓電陶瓷振子33連接。
權利要求
1、一種穩定的液體靶激光等離子體光源，包括壓電陶瓷振子、密封桿、入氣口、絕緣桿、閥體、彈簧、密封桿閥尖、噴嘴入口、制冷管、真空靶室、噴嘴、真空泵、聚光透鏡、激光束、真空靶室窗口、噴嘴出口、陽極；其特征在于還包括密封圈(39)、(40)、螺栓(41)、絕熱板(42)、致冷器支架(43)、半導體致冷器(44)、傳熱金屬(47)、真空靶室法蘭(48)、真空靶室殼體(50)；該光源分為兩部分，上部為制冷系統，下部為閥體和真空靶室系統；上部由絕緣板(42)形成的腔體包圍著；上、下兩部分通過金屬法蘭(38)、絕熱板(42)的腔體下開口平直沿和真空靶室法蘭(48)用螺栓(41)固連在一起；在金屬法蘭(38)的下凹槽內置有密封圈(39)；在真空靶室法蘭(48)的端部槽內置有密封圈(40)；在絕緣板(42)內裝有致冷器支架(43)，致冷器支架(43)的上端與絕緣板(42)的頂部固連，絕緣板(42)的頂部中心開有孔，金屬制冷管(46)的入氣口(45)穿過中心孔伸向絕緣板(42)的外部，金屬制冷管(46)位于致冷器支架(43)中心對稱位置，金屬制冷管(46)的側面是傳熱金屬(47)，兩者緊密接觸，傳熱金屬(47)的下端與金屬法蘭(38)固連，在傳熱金屬(47)的外側裝有半導體致冷器(44)，它與致冷器支架(43)固連，金屬制冷管(46)的下端通過金屬法蘭(38)上的孔與閥體(37)相通，在閥體(37)的腔內，裝有復位彈簧(36)，復位彈簧(36)的上面中心位置垂直固連裝有絕緣桿(34)，在復位彈簧(36)的下面裝有壓縮彈簧(35)，復位彈簧(36)和壓縮彈簧(35)都固定在閥體(37)上；壓電陶瓷振子(33)的兩端固定在壓縮彈簧(35)上，密封桿(32)在壓電陶瓷振子(33)下面并與其垂直固定在壓電陶瓷振子(33)的中心處，在壓電陶瓷振子(33)的作用下，產生上下位移，密封桿的閥尖(31)對準噴嘴入口(30)，密封桿的閥尖(31)下落時可以封住噴嘴入口(30)，密封桿的閥尖(31)向上移動，噴嘴入口(30)暢通；陽極(49)固定在閥體(37)上，并與閥體(37)絕緣，閥體(37)用作陰極；真空泵(27)和真空靶室(29)相通，在真空靶室殼體(50)上開有真空靶室窗口(25)，在窗口外側置有聚光透鏡(24)，聚光透鏡(24)的光軸垂直于真空靶室窗口(25)，激光束23經聚光透鏡(24)和真空靶室窗口(25)聚焦在從噴嘴出口(26)噴出的液體上。
全文摘要
一種穩定的液體靶激光等離子體光源，屬于軟X射線-極紫外光學技術領域中涉及的一種激光等離子體光源。要解決的技術問題是提供一種穩定的液體靶激光等離子體光源。解決技術問題的技術方案包括激光束、聚光透鏡、噴嘴、壓電陶瓷振子、半導體致冷器、金屬制冷管等部件。該光源分為上、下兩部分，上部為金屬制冷管和半導體致冷器制冷組成的制冷系統，下部為與金屬制冷管相通的閥門；金屬制冷管使流向閥門的氣體變成液體，并由噴嘴噴入真空靶室形成液體靶。在窗口外側置有光軸垂直于真空靶室窗口的聚光透鏡，激光束經聚光透鏡和真空靶室窗口聚焦在從噴嘴噴出的液體上，形成激光等離子體，產生軟X射線-極紫外光輻射。
文檔編號H01S4/00GK101111118SQ200610017028
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月20日 優先權日2006年7月20日
發明者尼啟良, 波 陳 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所