全文摘要
本实用新型公开了一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，包括：所述超高重复频率的飞秒激光器用于输出飞秒量级的激光脉冲，其重复频率最高可达MHz；所述聚焦光学元件用于将激光脉冲引导并聚焦至真空腔体内的连续性气体装置中；所述连续性气体装置用于释放气体并与聚焦后的激光脉冲相互作用后产生飞秒级极紫外射线；所述真空系统用于吸收气体装置中多余气体，确保装置内的真空度；所述监控系统用于监控激光和气体装置的相互作用，避免装置被激光击穿。本实用新型结构简单，操作便捷，所形成的高通量和超高重复频率极紫外射线具有飞秒级别的脉冲宽度，能够为光电子能谱等科学仪器应用提供优质光源，大大提高测量效率，有助于超快领域研究。
主设计要求
1.一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，包括超高重复频率的飞秒激光器(1)、聚焦光学元件(2)、连续性气体装置(3)、真空系统(4)、监控系统(5)及真空腔体(6)；其中，所述超高重复频率的飞秒激光器(1)用于输出飞秒级别的激光脉冲，其重复频率高达MHz；所述聚焦光学元件(2)用于将激光脉冲引导并聚焦至真空腔体(6)内的连续性气体装置(3)中；所述连续性气体装置(3)用于释放气体使其与聚焦后的激光脉冲相互作用后产生飞秒级极紫外射线；所述真空系统(4)用于吸收连续性气体装置(3)释放的多余气体，确保真空腔体(6)内的真空度；所述监控系统(5)用于监控激光脉冲和连续性气体装置(3)的相对位置，以及激光脉冲透射过连续性气体装置(3)的光斑位置和形状。
设计方案
1.一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，包括超高重复频率的飞秒激光器(1)、聚焦光学元件(2)、连续性气体装置(3)、真空系统(4)、监控系统(5)及真空腔体(6)；
其中，所述超高重复频率的飞秒激光器(1)用于输出飞秒级别的激光脉冲，其重复频率高达MHz；
所述聚焦光学元件(2)用于将激光脉冲引导并聚焦至真空腔体(6)内的连续性气体装置(3)中；
所述连续性气体装置(3)用于释放气体使其与聚焦后的激光脉冲相互作用后产生飞秒级极紫外射线；
所述真空系统(4)用于吸收连续性气体装置(3)释放的多余气体，确保真空腔体(6)内的真空度；
所述监控系统(5)用于监控激光脉冲和连续性气体装置(3)的相对位置，以及激光脉冲透射过连续性气体装置(3)的光斑位置和形状。
2.根据权利要求1所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述聚焦光学元件(2)包括离轴抛物面镜(2.2)或者短焦平凸透镜。
3.根据权利要求1所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述连续性气体装置(3)包括外层保护腔体(3.1)和连接于外层保护腔体(3.1)内的连续气体喷嘴(3.2)。
4.根据权利要求3所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述连续气体喷嘴(3.2)采用针尖式喷嘴或者钻孔式喷嘴。
5.根据权利要求3所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述外层保护腔体(3.1)上设置有用于确保激光完全通过的校准装置。
6.根据权利要求1所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述真空系统(4)包括真空泵(4.1)及振动隔离软管(4.2)，真空泵(4.1)通过振动隔离软管(4.2)吸收连续性气体装置(3)中释放的多余气体。
7.根据权利要求1所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述监控系统(5)包括CCD成像系统(5.2)、计算机(5.3)和布置于真空腔体(6)上的视窗(5.1)，通过与计算机(5.3)相连的CCD成像系统(5.2)透过视窗(5.1)采集真空腔体(6)内的图像。
8.根据权利要求1所述的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，其特征在于，所述真空腔体(6)包括真空反应腔(6.1)以及布置于真空反应腔(6.1)上的增透窗片(6.2)，激光脉冲通过增透窗片(6.2)进入真空反应腔(6.1)内。
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，属于极紫外射线领域。
背景技术
随着科学技术的不断进步和发展，极紫外射线甚至X射线已经在诸多领域得到了广泛应用，比如光电子能谱、极紫外光刻等。过去极紫外射线只能通过同步辐射光源或者倍频晶体等设备产生。同步辐射光源可以满足诸多科研实验的要求，但是其设备巨大，机时紧张，且脉冲宽度较长，因此在实际应用中有很多局限性。另外采用倍频晶体的方式虽然能够克服脉冲宽度的问题，但是波长范围较窄，很难满足科研实验中宽谱的要求。
随着飞秒激光器的出现和高次谐波研究的进展，强激光与惰性气体相互作用产生飞秒级的宽谱极紫外射线成为可能。但是目前实验设备大多采用脉冲喷嘴释放惰性气体和激光相互作用，这种脉冲喷嘴虽然能够很好地控制真空腔体的真空度，其效率却很低，因此这种极紫外射线多是低重复频率、光通量较小的极紫外射线，这大大限制了科研实验中的效率，也无法满足光刻技术中心高通量的要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，具有结构简单、操作便捷、占用空间小、造价低廉等特点，大大提高科学仪器的测量效率，有助于开展超快领域内的研究课题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，包括超高重复频率的飞秒激光器、聚焦光学元件、连续性气体装置、真空腔体、真空系统以及监控系统；
其中，所述超高重复频率的飞秒激光器用于输出飞秒级别的激光脉冲，其重复频率最高可达MHz；
所述聚焦光学元件用于将激光脉冲引导并聚焦至真空腔体内的连续性气体装置中；
所述连续性气体装置用于释放气体使其与聚焦后的激光脉冲相互作用后产生飞秒级极紫外射线；
所述真空系统用于吸收连续性气体装置释放的多余气体，确保真空腔体内的真空度；
所述监控系统用于监控激光脉冲和连续性气体装置的相对位置，以及激光脉冲透射过连续性气体装置的光斑位置和形状。
优选的，所述聚焦光学元件包括离轴抛物面镜或者短焦平凸透镜。
优选的，所述连续性气体装置包括外层保护腔体和连接于外层保护腔体内的连续气体喷嘴。
优选的，所述连续性气体喷嘴采用针尖式喷嘴或者钻孔式喷嘴。
优选的，所述外层保护腔体上设置有用于确保激光完全通过的校准装置。
优选的，所述真空系统包括真空泵及振动隔离软管，真空泵通过振动隔离软管吸收连续性气体装置中释放的多余气体。
优选的，所述监控系统包括CCD成像系统、计算机和布置于真空腔体上的视窗，通过与计算机相连的CCD成像系统透过视窗采集真空腔体内的图像。
优选的，所述真空腔体包括真空反应腔以及真空反应腔上的增透窗片，激光脉冲通过增透窗片进入真空反应腔内，以保证脉冲宽度不展宽，且大部分能量进入腔体内部。
有益效果：本发明提供的一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，操作便捷，占用空间小，造价低廉，提供超高重复频率的极紫外射线，大大提高了电子能谱等科学仪器的测量效率；2、提供飞秒级高通量的极紫外射线，满足诸多对通量有要求的应用，如紫外光刻等；3、提供飞秒级脉冲宽度的极紫外射线，提高科学仪器的时间分辨率，有助于开展超快领域内的研究课题。
附图说明
图1为本发明中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的结构示意图；
图中包括：1-超高重复频率的飞秒激光器，
2-聚焦光学元件，2.1-高反射率的平面镜，2.2-离轴抛物面镜，
3-连续性气体装置，3.1-外层保护腔体，3.2-连续气体喷嘴，
4-真空系统，4.1-真空泵，4.2-振动隔离软管，
5-监控系统，5.1-视窗，5.2-CCD成像系统，5.3-计算机，
6-真空腔体，6.1-真空反应腔，6.2-增透窗片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种产生飞秒级高通量和超高重复频率极紫外射线的装置，包括超高重复频率的飞秒激光器1、聚焦光学元件2、连续性气体装置3、真空系统4、监控系统5及真空腔体6；
其中，所述超高重复频率的飞秒激光器1用于输出飞秒级别的激光脉冲，其重复频率最高可达MHz；
所述聚焦光学元件2用于将激光脉冲引导并聚焦至真空腔体6内的连续性气体装置3中；
所述连续性气体装置3用于释放气体使其与聚焦后的激光脉冲相互作用后产生飞秒级极紫外射线；
所述真空系统4用于吸收连续性气体装置3释放的多余气体，确保真空腔体6内的真空度；
所述监控系统5用于监控激光脉冲和连续性气体装置3的相对位置，以及激光脉冲透射过连续性气体装置3的光斑位置和形状。
如图2所示的优选实施例中，所述聚焦光学元件2包括高反射率的平面镜2.1及离轴抛物面镜2.2；
所述连续性气体装置3包括外层保护腔体3.1和连接于外层保护腔体3.1内的连续气体喷嘴3.2；
所述真空系统4包括真空泵4.1及振动隔离软管4.2，真空泵4.1通过振动隔离软管4.2吸收连续性气体装置3中释放的多余气体；
所述监控系统5包括CCD成像系统5.2、计算机5.3和真空腔体6上的视窗5.1，通过与计算机5.3相连的CCD成像系统5.2透过视窗5.1采集真空腔体6内的图像；
所述真空腔体6包括真空反应腔6.1以及布置于真空反应腔6.1上的增透窗片6.2，激光脉冲通过增透窗片6.2进入真空反应腔6.1内。
本实施例中，所述连续气体喷嘴3.2采用针尖式喷嘴或者钻孔式喷嘴；所述外层保护腔体3.1上设置有用于确保激光完全通过的校准装置。
本发明的具体实施方式如下：
飞秒激光器的中心波长为1030nm，其重复频率为1MHz，经过中空光纤压缩之后，脉冲宽度小于40fs，单脉冲能量能够达到0.7mJ。超高重复频率的飞秒激光经过高反射率的平面镜2.1反射，再经过离轴抛物面镜2.2聚焦成极小的光斑，其聚焦区域激光的平均强度大于1014<\/sup>W\/cm2<\/sup>。激光在进入真空反应腔6.1时需要通过增透窗片6.2，保证脉冲宽度不展宽，且大部分能量进入腔体内部。飞秒激光进入腔体后，调节连续性气体装置3上的校准装置，使得飞秒激光准确无误地通过外层保护腔体3.1，然后与连续气体喷嘴3.2释放出的气体相互作用，产生飞秒级极紫外射线。
需要注意的是，在调节连续性气体装置时，通过监控系统5监测激光是否完整通过连续性气体装置3，而没有轰击装置的内部金属。透过视窗5.1，CCD成像系统能够时时观察到透过气体装置的激光位置和光斑形状。另外通过真空系统不停地吸收多余气体，不仅能够及时阻止多余的气体吸收极紫外射线，而且能够保证真空腔体内的真空度。
经实验测得，在本实施例中，本发明装置能够产生脉冲小于40fs，重复频率高达1MHz，光通量可达1013<\/sup>-1014<\/sup>photons\/second的极紫外射线。
在上述装置中，所采用的光学元件及其数量仅为示意性的，采用能起到相同作用的其他本领域公认的元器件同样可以实现本发明的目的。例如，所用的激光器可以由超强激光领域所常用的其他飞秒激光器所替代。对于激光器的波长、频率等条件，没有严格限制，本领域普通技术人员在本实施例的启示下，可以根据具体情况选用。另外，离轴抛物镜还可以由诸如球面聚焦镜、长焦透镜等其他聚焦光学元件所替代，它们都可以对激光进行聚焦，但离轴抛物镜能够消除激光传输过程中的像差，并且能够承受更高的激光能量阈值，因此作为优选。CCD成像系统在监测激光位置时候需要注意激光对于CCD的损害，一定要注意衰减。
综上所述，本发明提出的飞秒级高通量和超高重复频率的极紫外射线的装置，结构简单，操作便捷，占用空间小，造价低廉，与同步辐射源、X光管等相比，具有显著优异。尽管参照上述的实施例已对本发明做出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920022931.X
申请日:2019-01-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209266823U
授权时间:20190816
主分类号:H01S 3/00
专利分类号:H01S3/00;G02F1/35
范畴分类:38H;
申请人:南京大学
第一申请人:南京大学
申请人地址:210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路22号
发明人:徐永兵;聂忠辉;黎遥;何亮
第一发明人:徐永兵
当前权利人:南京大学
代理人:陈建和
代理机构:32249
代理机构编号:南京瑞弘专利商标事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计