多光柵真空紫外光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多光柵真空紫外光譜儀。所述多光柵真空紫外光譜儀包括：真空件，真空件內(nèi)具有真空腔，真空腔的壁上設(shè)有入口狹縫；凹面光柵陣列，凹面光柵陣列設(shè)在真空腔內(nèi)，凹面光柵陣列包括多個沿第一方向排列的凹面光柵，第一方向垂直于真空紫外光的入射面，其中多個凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同；用于將不同波長范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同波長范圍的可見光的熒光板，熒光板、入口狹縫和凹面光柵陣列位于同一個羅蘭圓上；透鏡成像系統(tǒng)，透鏡成像系統(tǒng)與熒光板相對；和采集裝置，采集裝置與透鏡成像系統(tǒng)相對。根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀可以同時采集寬范圍的真空紫外光譜。
【專利說明】多光柵真空紫外光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多光柵真空紫外光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 低溫等離子體在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，涉及的工業(yè)領(lǐng)域包括半導(dǎo)體行業(yè)、材料 處理、能源利用與開放、航空、醫(yī)藥行業(yè)等等。為了優(yōu)化等離子體在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，需要 了解等離子體的某些特征參數(shù)（如電子密度，電子溫度）與等離子體放電條件（如放電類 型，氣壓，功率）之間的關(guān)系。因此，同時在理論與實驗上理解等離子體的放電狀態(tài)與關(guān)鍵 參數(shù)對于指導(dǎo)等離子體應(yīng)用于實際生產(chǎn)是非常必要的。對于診斷等離子體的關(guān)鍵參數(shù)，目 前使用的方法有電學(xué)探針診斷，激光診斷和發(fā)射光譜診斷。
[0003] 其中，發(fā)射光譜診斷是唯一一種對于等離子體狀態(tài)干擾最小并且操作簡便的診斷 方法，因此被廣泛應(yīng)用于等離子體的參數(shù)診斷。發(fā)射光譜診斷方法的主要原理是通過采集 活性粒子發(fā)出的光而獲得活性粒子的密度。等離子體中原子的第一激發(fā)態(tài)往往具有較高 的能量與密度，而其中能夠發(fā)射光譜的能級所對應(yīng)的光譜波長范圍往往是真空紫外波段 (10-200nm)，如稀有氣體原子的共振態(tài)粒子。為了對該種活性粒子進行診斷，對其所發(fā)出的 真空紫外光譜的研究是非常重要的。另一個方面，此類真空紫外光在空氣中衰減得非常嚴 重，因此只有利用具有高真空腔室的真空紫外光譜儀才能進行測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的 一個目的在于提出一種多光柵真空紫外光譜儀。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀包括：真空件，所述真空件內(nèi)具有真 空腔，所述真空腔的壁上設(shè)有入口狹縫；凹面光柵陣列，所述凹面光柵陣列設(shè)在所述真空腔 內(nèi)，所述凹面光柵陣列包括多個沿第一方向排列的凹面光柵，所述第一方向垂直于真空紫 外光的入射面，其中多個所述凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同，用于對不同波長范圍的真空 紫外光進行分光；用于將不同波長范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同波長范圍的可見光的熒光 板，所述熒光板、所述入口狹縫和所述凹面光柵陣列位于同一個羅蘭圓上；透鏡成像系統(tǒng)， 所述透鏡成像系統(tǒng)與所述熒光板相對，用于對所述可見光進行成像；和采集裝置，所述采集 裝置與所述透鏡成像系統(tǒng)相對，用于采集成像后的所述可見光。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀通過設(shè)置多個沿第一方向排列的凹 面光柵且多個所述凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同，從而在獲得真空紫外光譜的過程中，無 需轉(zhuǎn)動所述凹面光柵陣列。
[0007] 也就是說，根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀能夠在不轉(zhuǎn)動所述凹面光 柵陣列的前提下，實現(xiàn)同時對較寬波長范圍內(nèi)的真空紫外光進行檢測。特別對于非穩(wěn)定光 源，現(xiàn)有的真空紫外光譜能夠采集的波長范圍非常窄，而利用根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵 真空紫外光譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)實時測量寬范圍的真空紫外光譜。
[0008] 因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀可以同時采集寬范圍的真空紫 外光譜，即根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀能夠在同一時刻對較寬的真空紫外 光譜范圍進行測量。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的多光柵真空紫外光譜儀還可以具有如下附加的技 術(shù)特征：
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述真空腔的壁上設(shè)有用于與真空發(fā)生器相連的開 口。由此可以使所述真空腔始終保持較高的真空度。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述入口狹縫的寬度在〇. 1毫米至1毫米的范圍內(nèi)。由 此可以使真空紫外光更加容易地進入到所述真空腔內(nèi)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，多個所述凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度沿所述第一方向增大或 減小。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述熒光板包括：本體；和熒光層，所述熒光層設(shè)在所 述本體的與所述凹面光柵陣列相對的表面上，其中所述熒光層、所述入口狹縫和所述凹面 光柵陣列位于同一個羅蘭圓上。由此可以使所述熒光板的結(jié)構(gòu)更加合理。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述透鏡成像系統(tǒng)包括透鏡，所述透鏡與多個所述凹 面光柵相對，所述透鏡用于對不同波長范圍的可見光進行成像。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述采集裝置為二維面陣相機。由此可以更好地采集 成像后的可見光。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述采集裝置為二維面陣(XD相機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀的凹面光柵陣列的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0019] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀的二維面陣相機的結(jié)構(gòu)示意 圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0021] 下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10。如圖 1-圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10包括真空件101、凹面光柵陣 列102、熒光板103、透鏡成像系統(tǒng)104和采集裝置105。
[0022] 真空件101內(nèi)具有真空腔1011，真空腔1011的壁上設(shè)有入口狹縫1012。真空紫外 光20通過入口狹縫1012進入到真空腔1011內(nèi)。凹面光柵陣列102設(shè)在真空腔1011內(nèi)， 凹面光柵陣列102包括多個沿第一方向排列的凹面光柵1021，所述第一方向垂直于真空紫 外光20的入射面。其中，多個凹面光柵1021的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同，多個凹面光柵1021用 于對不同波長范圍的真空紫外光20進行分光。熒光板103、入口狹縫1012和凹面光柵陣 列102位于同一個羅蘭圓C上，熒光板103用于將不同波長范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同 波長范圍的可見光。透鏡成像系統(tǒng)104與熒光板103相對，透鏡成像系統(tǒng)104用于對不同 波長范圍的可見光進行成像。采集裝置105與透鏡成像系統(tǒng)104相對，采集裝置105用于 采集成像后的可見光。
[0023] 真空紫外光在傳播及反射過程中都有較大的損失，為了提高信噪比，往往需要較 長的積分時間。另一方面，在保證一定的光譜分辨率的前提下，真空紫外光譜儀在某一個時 刻只能采集到比較有限的一段光譜范圍。當(dāng)需要采集一段較長范圍的真空紫外光譜時，現(xiàn) 有的真空紫外光譜儀是通過轉(zhuǎn)動衍射光柵對光譜進行分段采集，而不能同時采集這個波長 范圍內(nèi)的光譜。但是對于不穩(wěn)定的等離子體，現(xiàn)有的真空紫外光譜儀無法獲得瞬時的寬波 長范圍的真空紫外光譜。
[0024] 下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10的工作過 程。
[0025] 處于真空狀態(tài)的放電腔體可以通過入口狹縫1012密封地與真空腔1011相連。真 空紫外光20由入口狹縫1012進入到真空腔1011內(nèi)。通過凹面光柵陣列102的位于不同 縱向位置且具有不同偏轉(zhuǎn)角度的多個凹面光柵1021對真空紫外光20進行分光，分光后的 真空紫外光投射到熒光板103的不同縱向位置。
[0026] 凹面光柵陣列102的多個具有不同偏轉(zhuǎn)角度的凹面光柵1021可以使投射在熒光 板103上不同縱向位置的真空紫外光的波長范圍不同。換言之，投射到熒光板103的不同 縱向位置上的真空紫外光都在一定的波長范圍內(nèi)，即投射到熒光板103的不同縱向位置上 的真空紫外光都具有一定的波長范圍（光線30與光線40之間）。這些不同的波長范圍首 尾連接在一塊，形成了一個較寬的總波長范圍。也就是說，這些光譜的波長范圍首尾相接， 連接成較寬的光譜范圍。其中，該縱向可以是該第一方向，該第一方向可以垂直于圖1的紙 面方向。
[0027] 通過突光板103上的突光物質(zhì)，從突光板103的另一面將發(fā)射出相應(yīng)的可見光。突 光板103發(fā)出的可見光經(jīng)過透鏡成像系統(tǒng)104將在采集裝置105上形成清晰的像。然后通 過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，可以將采集裝置105采集到的光信號轉(zhuǎn)化成由所有縱向方向波長范圍 所組成的一個較寬范圍內(nèi)的真空紫外光譜。而該真空紫外光譜的實際范圍是單個凹面光柵 1021 (衍射光柵）所形成的波長范圍乘以凹面光柵1021的數(shù)量。
[0028] 由于多個凹面光柵1021沿第一方向排列且多個凹面光柵1021的偏轉(zhuǎn)角度彼此不 同（每個凹面光柵1021的偏轉(zhuǎn)角度是相對固定的），因此在獲得該真空紫外光譜的過程中， 凹面光柵陣列102無需轉(zhuǎn)動。也就是說，即便不轉(zhuǎn)動凹面光柵陣列102,也能夠?qū)崿F(xiàn)波長范 圍覆蓋整個真空紫外光譜范圍，即實現(xiàn)同時對寬波長范圍的真空紫外光的測量。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10通過設(shè)置多個沿第一方向排列的 凹面光柵1021且多個凹面光柵1021的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同，從而在獲得真空紫外光譜的過 程中，無需轉(zhuǎn)動凹面光柵陣列102。
[0030] 也就是說，根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10能夠在不轉(zhuǎn)動凹面光 柵陣列102的前提下，實現(xiàn)同時對較寬波長范圍內(nèi)的真空紫外光進行檢測。特別對于非穩(wěn) 定光源，現(xiàn)有的真空紫外光譜能夠采集的波長范圍非常窄，而利用根據(jù)本發(fā)明實施例的多 光柵真空紫外光譜儀10能夠?qū)崿F(xiàn)實時測量寬范圍的真空紫外光譜。
[0031] 因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10可以同時采集寬范圍的真 空紫外光譜，即根據(jù)本發(fā)明實施例的多光柵真空紫外光譜儀10能夠在同一時刻對較寬的 真空紫外光譜范圍進行測量。
[0032] 如圖1所示，在本發(fā)明的一些實施例中，真空腔1011的壁上設(shè)有用于與真空發(fā)生 器相連的開口 1013。也就是說，真空發(fā)生器可以通過開口 1013對真空腔1011抽真空。由 此可以使真空腔1011始終保持較高的真空度。
[0033] 入口狹縫1012的寬度在0. 1毫米至1毫米的范圍內(nèi)。由此可以使真空紫外光20 更加容易地進入到真空腔1011內(nèi)。
[0034] 采集裝置105可以是二維面陣相機。由此可以更好地采集成像后的可見光。具體 地，采集裝置105可以是二維面陣C⑶相機。也就是說，采集裝置105可以包括多個C⑶相 機 1051。
[0035] 在本發(fā)明的一個實施例中，突光板103包括本體和突光層，突光層設(shè)在本體的與 凹面光柵陣列102相對的表面上。其中，熒光層、入口狹縫1012和凹面光柵陣列102位于 同一個羅蘭圓C上。由此可以使熒光板103的結(jié)構(gòu)更加合理。
[0036] 具體而言，本體可以是透明的，即本體可以由透明材料制成。真空腔1011上可以 設(shè)有缺口，本體可以設(shè)在真空件101上且本體可以覆蓋該缺口。其中，本體可以密封地設(shè)在 真空腔1011的壁上或真空件101的外表面上。
[0037] 多個凹面光柵1021的偏轉(zhuǎn)角度可以沿第一方向增大或減小。透鏡成像系統(tǒng)104 包括透鏡，透鏡與多個凹面光柵1021相對，透鏡用于對不同波長范圍的可見光進行成像。
[0038] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"堅直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時 針"、"逆時針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或 位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039] 此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩個， 三個等，除非另有明確具體的限定。
[0040] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi) 部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0041] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0042] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任 一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié) 合和組合。
[0043] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，包括： 真空件，所述真空件內(nèi)具有真空腔，所述真空腔的壁上設(shè)有入口狹縫； 凹面光柵陣列，所述凹面光柵陣列設(shè)在所述真空腔內(nèi)，所述凹面光柵陣列包括多個沿 第一方向排列的凹面光柵，所述第一方向垂直于真空紫外光的入射面，其中多個所述凹面 光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同，用于對不同波長范圍的真空紫外光進行分光； 用于將不同波長范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同波長范圍的可見光的熒光板，所述熒光 板、所述入口狹縫和所述凹面光柵陣列位于同一個羅蘭圓上； 透鏡成像系統(tǒng)，所述透鏡成像系統(tǒng)與所述熒光板相對，用于對所述可見光進行成像；和 采集裝置，所述采集裝置與所述透鏡成像系統(tǒng)相對，用于采集成像后的所述可見光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述真空腔的壁上設(shè) 有用于與真空發(fā)生器相連的開口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述入口狹縫的寬度 在0. 1毫米至1毫米的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，多個所述凹面光柵的 偏轉(zhuǎn)角度沿所述第一方向增大或減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述熒光板包括： 本體；和 熒光層，所述熒光層設(shè)在所述本體的與所述凹面光柵陣列相對的表面上，其中所述熒 光層、所述入口狹縫和所述凹面光柵陣列位于同一個羅蘭圓上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述透鏡 成像系統(tǒng)包括透鏡，所述透鏡與多個所述凹面光柵相對，所述透鏡用于對不同波長范圍的 可見光進行成像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述采集 裝置為二維面陣相機。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的多光柵真空紫外光譜儀，其特征在于，所述采集 裝置為二維面陣(XD相機。
【文檔編號】G01J3/28GK104121989SQ201410345840
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】程治文, 蒲以康, 陳良堯, 譚熠 申請人:清華大學(xué)