一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置。該方法根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度判斷氣溶膠的濃度。其裝置主要包括激光器、凸透鏡、氣體散射池、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)、鑒頻裝置、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。
【專利說明】 一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]高純氣體在國防、化工、電子、冶金、能源等領(lǐng)域中有著廣泛的用途。在半導(dǎo)體行業(yè)中高純氣體的作用顯得更加重要，從半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件、集成電路的制造到半導(dǎo)體材料、器件的理論物理的研究都離不開各種高純氣體。因此，對高純氣體進(jìn)行檢測非常有必要。
[0004]光的彈性散射主要包括瑞利散射和米散射。當(dāng)微粒的大小比入射光波長小的多時(shí)產(chǎn)生瑞利散射，當(dāng)微粒的大小與入射光波長接近或者大于入射光波長時(shí)則產(chǎn)生米散射。可見光波長范圍為39(T760nm，常見氣體分子直徑小于0.5nm，主要引起瑞利散射，氣溶膠直徑在0.001?10Mffl之間，主要引起米散射。因此，根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度可以判斷氣溶膠的濃度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)對高純氣體中氣溶膠的檢測，我們提出了一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法。該方法根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，當(dāng)高純氣體中不存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中不存在米散射峰，當(dāng)高純氣體中存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中存在米散射峰；根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度判斷氣溶膠的濃度。。
[0006]本發(fā)明的裝置包括激光器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)、鑒頻裝置(9)、光電探測器(11)、數(shù)據(jù)采集卡(12)和計(jì)算機(jī)(13)。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是:激光器(I)輸出的激光經(jīng)凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與里面的氣體分子相互作用，產(chǎn)生散射信號。散射光經(jīng)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)準(zhǔn)直、濾波后進(jìn)入鑒頻裝置(9)中進(jìn)行鑒頻，然后通過凸透鏡(20)聚焦到光電探測器(11)中。光電探測器(11)探測到的散射信號由數(shù)據(jù)采集卡(12)進(jìn)行采集，最終在計(jì)算機(jī)(13)中進(jìn)行顯示，測得高純氣體的瑞利-米散射頻譜。
[0008]其中，激光器(I)為連續(xù)泵浦激光器或脈沖激光器，輸出激光的線寬小于10MHz ；鑒頻裝置(9)為F-P掃描干涉儀或斐索干涉儀，F(xiàn)-P掃描干涉儀的自由光譜范圍小于10GHz，精細(xì)度大于20，斐索干涉儀的分辨率小于或等于10MHz ;光電探測器(11)為光子計(jì)數(shù)器、光電倍增管或ICXD。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢如下:一、通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來進(jìn)行氣溶膠的探測，根據(jù)散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度判斷氣溶膠的濃度，具有高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。二、使用光電探測器對散射光進(jìn)行探測，并使用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，可以獲得高精度的瑞利-米散射頻譜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖1給出了檢測高純氣體中氣溶膠的裝置原理圖；
附圖2給出了高純氣體中有氣溶膠和無氣溶膠時(shí)的散射頻譜圖；
附圖3給出了高純氣體中氣溶膠濃度較低時(shí)的散射頻譜圖；
附圖4給出了高純氣體中氣溶膠濃度較高時(shí)的散射頻譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]如附圖1所示，該裝置包括激光器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)、鑒頻裝置(9)、光電探測器(11)、數(shù)據(jù)采集卡(12)和計(jì)算機(jī)(13)。其中光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)包括凸透鏡(5、6、8)和小孔光闌(7)。
[0012]首先在無塵環(huán)境下對氣體散射池(3)進(jìn)行清洗，徹底除去其附著的灰塵，然后將待檢測的高純氣體充入到氣體散射池(3)中。激光器(I)輸出的窄帶激光經(jīng)凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與里面的氣體分子相互作用，產(chǎn)生散射信號。側(cè)向90°的散射光經(jīng)凸透鏡(5、6)準(zhǔn)直、匯聚，經(jīng)小孔光闌(7)濾波、凸透鏡(8)匯聚后進(jìn)入鑒頻裝置(9)中進(jìn)行鑒頻，然后通過凸透鏡(10)聚焦到光電探測器(11)中。光電探測器(11)探測到的散射信號由數(shù)據(jù)采集卡(12)進(jìn)行采集，最終在計(jì)算機(jī)(13)中進(jìn)行顯示，測得高純氣體側(cè)向90°的瑞利-米散射頻譜。
[0013]附圖2中虛線為高純氣體中不存在氣溶膠時(shí)的散射頻譜圖，氣體主要產(chǎn)生瑞利散射，其譜線近似為高斯線型；附圖2中實(shí)線為高純氣體中存在氣溶膠濃度時(shí)的散射頻譜圖，氣體同時(shí)產(chǎn)生了瑞利散射和米散射，其譜線近似為高斯線型和洛倫茲線型的疊加，中間凸起的峰為米散射峰。附圖3為高純氣體中氣溶膠濃度較低時(shí)的散射頻譜圖，附圖4為高純氣體中氣溶膠濃度較高時(shí)的散射頻譜圖。由附圖2可以看出，當(dāng)高純氣體中不存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中不存在米散射峰；當(dāng)高純氣體中存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中存在米散射峰。因此，根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠。由附圖3和附圖4可以看出，米散射峰的強(qiáng)度與高純氣體中氣溶膠的濃度成正相關(guān)，根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度可以判斷氣溶膠的濃度。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法，其特征在于:根據(jù)高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，當(dāng)高純氣體中不存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中不存在米散射峰，當(dāng)高純氣體中存在氣溶膠時(shí)，其散射頻譜中存在米散射峰；根據(jù)米散射峰的強(qiáng)度判斷氣溶膠的濃度。
2.一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特征在于:該裝置包括激光器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學(xué)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)、鑒頻裝置(9)、光電探測器(11)、數(shù)據(jù)采集卡(12)和計(jì)算機(jī)(13); 激光器(I)輸出的激光經(jīng)凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與里面的氣體分子相互作用，產(chǎn)生散射信號，散射光經(jīng)準(zhǔn)直及濾波系統(tǒng)(4)準(zhǔn)直、濾波后進(jìn)入鑒頻裝置(9)中進(jìn)行鑒頻，然后通過凸透鏡(20)聚焦到光電探測器(11)中，光電探測器(11)探測到的散射信號由數(shù)據(jù)采集卡(12)進(jìn)行采集，最終在計(jì)算機(jī)(13)中進(jìn)行顯示，測得高純氣體的瑞利-米散射頻譜。
3.如權(quán)利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特征在于:激光器(I)為連續(xù)泵浦激光器或脈沖激光器，輸出激光的線寬小于10MHz。
4.如權(quán)利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特征在于:鑒頻裝置(9)為F-P掃描干涉儀或斐索干涉儀，F(xiàn)-P掃描干涉儀的自由光譜范圍小于10GHz，精細(xì)度大于20，斐索干涉儀的分辨率小于或等于100MHz。
5.如權(quán)利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特征在于:光電探測器(11)為光子計(jì)數(shù)器、光電倍增管或ICXD。
【文檔編號】G01N21/51GK104198439SQ201410485633
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】何興道, 夏如孝, 吳濤, 葛洋, 李翔 申請人:南昌航空大學(xué)