一種真空紫外激光發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空紫外激光發(fā)生裝置，屬于質(zhì)譜檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著質(zhì)譜技術(shù)在靈敏度、分辨本領(lǐng)以及便攜性等性能上的提高，其在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。尤其是近年來，在二噁英等重要環(huán)境污染物的檢測方面，伴隨二噁英替代物的提出，進(jìn)而結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)使得高效、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對二噁英的在線監(jiān)測成為可倉泛。
[0003]目前在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，用于質(zhì)譜技術(shù)的電離手段主要包括電子轟擊電離、共振增強(qiáng)多光子電離和單光子電離等技術(shù)。電子轟擊電離具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，電離效率高，可用于電離鍵能較高的分子，是一種通用性比較強(qiáng)的電離手段。但是，這種電離技術(shù)所產(chǎn)生的離子碎片多，而且不適合熱不穩(wěn)定的化合物。尤其在對復(fù)雜樣品進(jìn)行檢測時(shí)，如果缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，則對質(zhì)譜的解析將會變的非常困難。共振增強(qiáng)多光子電離具有很高的靈敏性，并且電離效率也非常高，但是，其要求被監(jiān)測物具有相應(yīng)于檢測激光波長的中間能級，如此變使得被檢測物變得非常有限。相對于電子轟擊電離和共振增強(qiáng)多光子電離，單光子電離技術(shù)要求被檢測物的電離能小于其光子能量，其靈敏度相對較高，并且電離過程中所產(chǎn)生的化合物的碎片很少，非常適合作為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域質(zhì)譜技術(shù)中的電離源。
[0004]由于單光電子電離技術(shù)要求其光子能量高于被檢測物的電離能，因此這就需要采用真空紫外光源。目前，這類光源主要包括同步輻射光源，低壓惰性氣體燈和激光三倍頻等方式?？紤]到成本和在線監(jiān)測等可能性，常用的真空紫外光源主要是低壓惰性氣體燈和激光三倍頻。相對于低壓惰性氣體等，激光三倍頻方式產(chǎn)生的真空紫外光的峰值強(qiáng)度要高出7-8個(gè)數(shù)量級，并且由此可以從理論上得到更高的單光子電離效率。激光三倍頻通常采用的方式是利用355納米的納秒激光作用在介質(zhì)氣體中來產(chǎn)生三倍頻光，但是，隨著激光與介質(zhì)氣體的相互作用時(shí)間的逐漸變長，介質(zhì)氣體的成分將發(fā)生變化，會影響到真空紫外光的產(chǎn)生效率和穩(wěn)定性，這些都會對檢測物的分析結(jié)果造成不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明提供一種真空紫外激光發(fā)生裝置。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種真空紫外激光發(fā)生裝置，包括:入射窗口、非線性作用主體、偏轉(zhuǎn)電極以及出射窗口 ；其中，入射窗口、非線性作用主體和出射窗口依次平行并且同軸的組裝在一起，通過O圈密封；偏轉(zhuǎn)電極安裝在非線性主體內(nèi)部，并且與非線性主體同軸；
[0007]所述入射窗口用于通過處于可見波段的激光；
[0008]所述非線性作用主體為真空紫外激光產(chǎn)生的區(qū)域；
[0009]所述出射窗口用于通過產(chǎn)生的真空紫外激光；
[0010]所述偏轉(zhuǎn)電極用于清理非線性作用主體產(chǎn)生真空紫外激光過程中離化的氣體介質(zhì)。
[0011]所述入射窗口為圓柱形透明玻璃或石英介質(zhì)。
[0012]所述入射窗口直徑5至35毫米，厚度為0.5至5毫米。
[0013]所述非線性作用主體包括:
[0014]入射通路，用于光路傳輸和固定入射窗口 ；
[0015]真空紫外激光產(chǎn)生區(qū)域，側(cè)壁安裝有氣路管道和真空電極柱；所述氣路管道內(nèi)部用于充入氣體介質(zhì)；所述真空電極柱用于向所述偏轉(zhuǎn)電極施加電壓，并且使非線性作用主體與外界保持密封；
[0016]固定法蘭，一側(cè)用于固定偏轉(zhuǎn)電極，另外一側(cè)用于固定并且密封所述出射窗口。
[0017]所述入射通路的內(nèi)徑為5至35毫米，長度為50至300毫米。
[0018]所述真空紫外激光產(chǎn)生區(qū)域的內(nèi)徑為30至60毫米，長度為50至150毫米。
[0019]所述氣路管道所填充的氣體介質(zhì)為氙氣或者氙氣和氬氣的混合氣體，氣體的壓強(qiáng)為0.0i兆帕至0.1兆帕；若氣體介質(zhì)為氣氣和IS氣的混合氣體,則該混合氣體中氣氣和IS氣的壓強(qiáng)之比為0.05至0.5。
[0020]所述出射窗口為一用來透射真空紫外激光的透鏡，該透鏡的材料為氟化鈣，直徑為5至35毫米，焦距為30至300毫米。
[0021]所述偏轉(zhuǎn)電極為一對長10至50毫米,寬5至25毫米,厚0.5至3毫米的電極片；兩個(gè)電極片彼此平行的固定在所述非線性作用主體內(nèi)，并且與所述非線性作用主體絕緣。
[0022]所述兩個(gè)電極片的間距為3至20毫米，電勢差為100至2000伏特。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0024]1.產(chǎn)生穩(wěn)定的真空紫外激光，可用于原子或者有機(jī)分子的單光子電離。
[0025]2.加入了偏轉(zhuǎn)電極可以起到清理激光與氣體介質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生的電離雜質(zhì)，可以有效的提高氣體介質(zhì)的使用壽命，并且有助于改善真空紫外激光信號的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0026]圖1本發(fā)明真空紫外激光發(fā)生裝置的原理側(cè)視圖；
[0027]圖2本發(fā)明用于電離萘之后得到的飛行時(shí)間質(zhì)譜圖；
[0028]圖3電離萘得到的質(zhì)譜信號強(qiáng)度隨偏轉(zhuǎn)變化變化的測試圖；
[0029]其中，1-入射窗口 ；2_非線性作用主體；2a_入射通路；2b_真空紫外激光產(chǎn)生區(qū)域；2b-l-真空電極柱；2b-2-氣路管道；2c-固定法蘭；3_出射窗口 ；4_偏轉(zhuǎn)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明是按照如下方式設(shè)計(jì)的真空紫外激光發(fā)生裝置，如圖1所示。具體到本實(shí)施例，該真空紫外激光發(fā)生裝置包括入射窗口 1、非線性作用主體2、偏轉(zhuǎn)電極4和出射窗口
3。入射窗口 I為一直徑25.4毫米，厚度為2毫米的石英玻璃窗口。外界的納秒激光器產(chǎn)生的355納米的納秒脈沖激光，脈沖寬度約7納秒，10赫茲，53毫瓦，經(jīng)過一個(gè)焦距為300毫米的透鏡聚焦在非線性作用主體2內(nèi)部的氣體介質(zhì)上，并且在偏轉(zhuǎn)電極4之間。發(fā)生非線性光學(xué)效應(yīng)，產(chǎn)生真空紫外激光，即355納米激光的三倍頻光，約為118.4納米。上述氣體介質(zhì)為氣氣壓強(qiáng)占10%的氣氣/ IS氣混合氣體，壓強(qiáng)為0.025兆帕。出射窗口 3為直徑25.4毫米，焦距為70毫米的氟化鈣透鏡。出射窗口 3可以實(shí)現(xiàn)對上述過程中產(chǎn)生的真空紫外激光起到收束以及聚焦的作用，從而后續(xù)應(yīng)用過程中的使用效率。
[0032]萘的電離質(zhì)譜:
[0033]在本實(shí)施例中，利用萘作為表征樣品，對上述真空紫外激光發(fā)生裝置進(jìn)行了測試，如圖2所示，將上述真空紫外激光發(fā)生裝置結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)譜得到的萘的單光子電離飛行時(shí)間質(zhì)譜。從圖中可以看到主要的譜峰為萘的母體譜峰，其碎片化程度相對于電子轟擊電離等方式得到了很好的抑制。
[0034]穩(wěn)定性測試:
[0035]圖3實(shí)線所示的是在上述實(shí)驗(yàn)測試條件下萘的質(zhì)譜峰強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況。此時(shí)，并未給偏轉(zhuǎn)電極施加任何的高壓。隨著激光作用時(shí)間的變化，非線性作用主體內(nèi)部的氣體介質(zhì)的損耗也在增加，這無疑會降低真空紫外激光的生成效率，從而導(dǎo)致后續(xù)的萘的電離效率的下降，通過萘離子信號強(qiáng)度的變化可以清楚的觀察到這種損耗。通過擬合，可以得到時(shí)間常數(shù)為58分鐘。
[0036]圖3虛線所示的是在上述實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電極施加的電壓為200伏特時(shí)，測量得到的萘的質(zhì)譜峰強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況。擬合之后可以得到衰減的時(shí)間常數(shù)為72分鐘，可以看到相對與未加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)穩(wěn)定性有了很好的改善。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，包括:入射窗口(I)、非線性作用主體(2)、偏轉(zhuǎn)電極(4)以及出射窗口(3);其中，入射窗口(I)、非線性作用主體(2)和出射窗口(3)依次平行并且同軸的組裝在一起，通過O圈密封；偏轉(zhuǎn)電極(4)安裝在非線性主體(2)內(nèi)部,并且與非線性主體(2)同軸； 所述入射窗口(I)用于通過處于可見波段的激光； 所述非線性作用主體(2)為真空紫外激光產(chǎn)生的區(qū)域； 所述出射窗口(3)用于通過產(chǎn)生的真空紫外激光； 所述偏轉(zhuǎn)電極(4)用于清理非線性作用主體(2)產(chǎn)生真空紫外激光過程中離化的氣體介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述入射窗口(I)為圓柱形透明玻璃或石英介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述入射窗口(I)直徑5至35毫米，厚度為0.5至5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述非線性作用主體(2)包括: 入射通路(2a),用于光路傳輸和固定入射窗口(I); 真空紫外激光產(chǎn)生區(qū)域(2b)，側(cè)壁安裝有氣路管道(2b-2)和真空電極柱(2b-l);所述氣路管道內(nèi)部用于充入氣體介質(zhì)；所述真空電極柱用于向所述偏轉(zhuǎn)電極(4)施加電壓，并且使非線性作用主體(2)與外界保持密封； 固定法蘭(2c)，一側(cè)用于固定偏轉(zhuǎn)電極(4)，另外一側(cè)用于固定并且密封所述出射窗口(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述入射通路(2a)的內(nèi)徑為5至35毫米，長度為50至300毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述真空紫外激光產(chǎn)生區(qū)域(2b)的內(nèi)徑為30至60毫米，長度為50至150毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述氣路管道(2b-2)所填充的氣體介質(zhì)為氙氣或者氙氣和氬氣的混合氣體，氣體的壓強(qiáng)為0.01兆帕至0.1兆帕；若氣體介質(zhì)為氣氣和IS氣的混合氣體，則該混合氣體中氣氣和IS氣的壓強(qiáng)之比為 0.05 至 0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述出射窗口(3)為一用來透射真空紫外激光的透鏡，該透鏡的材料為氟化鈣，直徑為5至35毫米，焦距為30至300毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)電極(4)為一對長10至50毫米，寬5至25毫米，厚0.5至3毫米的電極片；兩個(gè)電極片彼此平行的固定在所述非線性作用主體(2)內(nèi)，并且與所述非線性作用主體(2)絕緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種真空紫外激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述兩個(gè)電極片的間距為3至20毫米，電勢差為100至2000伏特。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種真空紫外激光發(fā)生裝置，包括入射窗口、非線性作用主體、偏轉(zhuǎn)電極以及出射窗口。其中，入射窗口、非線性作用主體和出射窗口同軸的依次裝配在一起，偏轉(zhuǎn)電極安裝在激光作用主體內(nèi)部。具體而言，可見波段激光在非線性作用主體內(nèi)部與氣體介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生處于真空紫外波段的三倍頻光。偏轉(zhuǎn)電極的加入設(shè)計(jì)可以明顯的提高真空紫外激光產(chǎn)生的穩(wěn)定性。在降低氣體介質(zhì)使用成本的同時(shí)，也可以很大程度上提高真空紫外激光的使用壽命。
【IPC分類】H01S3-108, H01S3-02, H01J49-16
【公開號】CN104716557
【申請?zhí)枴緾N201310690979
【發(fā)明人】王利, 劉本康, 高丹丹, 王艷秋
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月13日