專利名稱:離子注入裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種離子注入裝置，屬于物理學領域。所述裝置包括：激光器、高斯光束變換光路組件、紫外窗口、靶托和漂移管，高斯光束變換光路組件包括：高斯光束變換透鏡和會聚透鏡，高斯光束變換透鏡、會聚透鏡、紫外窗口及靶托依次設置在激光器發(fā)射出的激光的光路上，靶托位于漂移管中，紫外窗口嵌設在漂移管的管壁上。本實用新型通過激光器發(fā)射的激光照射到靶托上時，靶托上的靶就會被激光所加熱、熔化、氣化、變?yōu)榈入x子體，該裝置在制備離子時不需要進行重原子的蒸發(fā)，而是直接采用激光照射靶材，使得制成的離子中不會混入雜質，純度高，同時因為激光器安裝在漂移管之外，不但簡化了漂移管內部的空間布置，且避免了對漂移管的污染。
【專利說明】離子注入裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及物理學領域，特別涉及一種離子注入裝置。

【背景技術】
[0002]在原子分子物理研宄領域，為了在實驗室中獲得很高電荷態(tài)離子，一般采用以下兩種方法實現(xiàn):第一種方法是:用大型加速器產(chǎn)生的相對論性重離子轟擊靜止的固體靶，把離子剝離到高電荷態(tài)，其中，相對論性重離子是指速度接近光速的重離子。第二種方法是:用能量低得多的電子去轟擊幾乎靜止的重原子氣體靶，剝離離子到高電荷態(tài)。
[0003]其中，第二種方法常在電子束離子講(英文:Electron Beam 1n Trap，簡稱:EBIT)實驗中用到。
[0004]在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題:
[0005]重原子常以固態(tài)的形式存在，因此獲得重原子氣體靶需要先蒸發(fā)重原子，再將蒸發(fā)得到的氣體注入EBIT實驗裝置的漂移管中，這種注入方法有兩個不利因素，其一是在蒸發(fā)重原子的過程中，由于蒸發(fā)裝置內部存在污染，導致蒸發(fā)重原子時混入雜質，該雜質被帶入漂移管內，從而使制成的離子純度降低；其二是注入工藝復雜，注入裝置會占用漂移管內部空間，且效率不高。
實用新型內容
[0006]為了解決現(xiàn)有技術的問題，本實用新型實施例提供了一種離子注入裝置。所述技術方案如下:
[0007]本實用新型實施例提供了一種離子注入裝置，所述裝置包括:
[0008]激光器、高斯光束變換光路組件、紫外窗口、靶托和漂移管，所述高斯光束變換光路組件包括:高斯光束變換透鏡和會聚透鏡，所述高斯光束變換透鏡、所述會聚透鏡、所述紫外窗口及所述靶托依次設置在所述激光器發(fā)射出的激光的光路上，所述靶托位于所述漂移管中，所述紫外窗口嵌設在所述漂移管的管壁上。
[0009]在本實用新型實施例的一種實現(xiàn)方式中，所述激光器為波長范圍在200-400nm的激光器。
[0010]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述激光器為KrF準分子激光器或者XeCI準分子激光器。
[0011]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述高斯光束變換光路組件還包括反射鏡，所述激光器發(fā)射出的激光經(jīng)過所述反射鏡反射后穿過所述高斯光束變換透鏡。
[0012]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述反射鏡上鍍有增反膜。
[0013]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述高斯光束變換透鏡和所述會聚透鏡上鍍有增透膜。
[0014]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述紫外窗口為石英晶體窗口。
[0015]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述裝置還包括:支撐結構及設于所述支撐結構上的調節(jié)平臺，所述激光器和所述高斯光束變換光路組件設于所述調節(jié)平臺上。
[0016]在本實用新型實施例的另一種實現(xiàn)方式中，所述調節(jié)平臺包括光學平臺和導軌，所述激光器設于所述光學平臺上，所述高斯光束變換光路組件設于所述導軌上。
[0017]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0018]通過激光器發(fā)射的激光穿過高斯光束變換透鏡和會聚透鏡后，照射到靶托上時，靶托上的靶就會被激光所加熱、熔化、氣化，直至變?yōu)榈入x子體，從而實現(xiàn)向漂移管內注入離子，該裝置在制備離子時不需要進行重原子的蒸發(fā)，而是直接采用激光照射靶材，使得制成的離子中不會混入雜質，純度高；同時提高了產(chǎn)生離子的效率；激光器和高斯光束變換光路組件安裝在漂移管之外，簡化了漂移管內部的空間布置。

【附圖說明】

[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本實用新型實施例提供的離子注入裝置的結構示意圖；
[0021]圖2是本實用新型實施例提供的尚斯光束變換不意圖。

【具體實施方式】
[0022]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0023]實施例
[0024]本實用新型實施例提供了一種離子注入裝置，參見圖1，該裝置包括:
[0025]激光器101、高斯光束變換光路組件102、紫外窗口 103、靶托104和漂移管105，高斯光束變換光路組件102包括:高斯光束變換透鏡1022和會聚透鏡1023，高斯光束變換透鏡1022、會聚透鏡1023、紫外窗口 103及靶托104依次設置在激光器101發(fā)射出的激光1011的光路上，靶托104位于漂移管105中，紫外窗口 103嵌設在漂移管105的管壁上。
[0026]本實用新型的原理:當激光器101發(fā)射的激光1011照射到靶托104上時，靶托104上的靶就會被激光所加熱、熔化、氣化，直至變?yōu)榈入x子體，從而實現(xiàn)向漂移管105內注入離子。其中，靶為待產(chǎn)生的離子所對應的元素的純凈固態(tài)物質。
[0027]為了盡量使激光落到靶的表面，在激光器101和靶托104間設有高斯光束變換光路組件102。為了最大限度提高離子供給效率，要求聚焦到靶上的激光光斑越小越好，而激光器101發(fā)出的激光傳輸高斯光束傳輸規(guī)律，束腰與發(fā)散角的關系成反比:束腰越大，發(fā)散角越小，如圖2所示，高斯光束變換透鏡1022可以將入射激光光束變換成新的高斯光束，從而避免激光束腰過大，無法穿過紫外窗口 103照射到靶上。具體地，高斯光束經(jīng)過高斯光束變換透鏡1022后會變換成新的高斯光束，其特征參數(shù)(束腰位置、腰粗、發(fā)散角等)都會發(fā)生改變，新的高斯光束具體參數(shù)決定于原高斯光束束腰到薄透鏡的距離、腰粗及薄透鏡的焦距，再次參見圖2，Wtll是入射高斯光束的束腰腰粗，Zl是入射高斯光束束腰到高斯光束變換透鏡1022的距離，Wtl2是出射高斯光束的束腰腰粗，Z2是出射高斯光束束腰到高斯光束變換透鏡1022的距離。然后，通過會聚透鏡1023將激光會聚成最小光斑于靶上，其作用后激光光斑大小縮小了一個數(shù)量級以上，從而實現(xiàn)前述的激光光斑盡量小的愿望，并且能夠順利穿過紫外窗口 103。
[0028]進一步地，由于激光器101的重量通常達到200公斤以上，因此無法輕易移動，為了調整光路，使激光可以穿過高斯光束變換透鏡1022、會聚透鏡1023和紫外窗口 103照射到靶托104上，可通過設置反射鏡實現(xiàn)，具體地，高斯光束變換光路組件102還包括反射鏡1021，激光器101發(fā)射出的激光經(jīng)過反射鏡1021反射后穿過高斯光束變換透鏡1022。
[0029]靶托104置于漂移管105內，靶固定在靶托104上，靶的表面與激光方向垂直，這意味著離子源直接位于漂移管105內，減少了漂移管105內雜質，同時提高了離子注入的效率。紫外窗口 103為激光進入漂移管105的通道，設置在漂移管105上。
[0030]在本實施例中，激光器101為波長范圍在200-400nm的激光器。該裝置對所使用的激光器波長是有一定要求的，在激光波長較短時，靶對激光吸收系數(shù)較大，有助于靶表面薄層的消蝕；但波長也不可太短，如果波長小于200nm時，光路會吸收真空紫外光，降低到達靶表面的激光能量，并對光學設備造成強烈破壞。因此激光器波長一般選擇在200nm到400nm之間。
[0031]具體地，激光器可以為KrF準分子激光器或者XeCI準分子激光器。
[0032]波長在200nm到400nm之間的激光器主要有準分子激光器和固體YAG激光器兩類。準分子激光器有波長為248nm的KrF準分子激光器，及波長為308nm的XeCI準分子激光器，準分子激光器能量損耗低于YAG激光器，所以在本實施例中采用準分子激光器作為激光源。
[0033]優(yōu)選地，本裝置選用實驗室的Lambda工業(yè)型準分子KrF激光器，其波長為248nm，帶寬0.5nm，平均功率5W，重復頻率為l_5Hz，單脈沖最大能量為0.5J，脈寬20ns，光斑面積12 X 24mm2。
[0034]本裝置高斯光束傳輸變換光路的主要光學元件有兩個凸透鏡和一個反射鏡，為了提高凸透鏡的透過率和反射鏡的反射率，反射鏡1021上鍍有增反膜，高斯光束變換透鏡1022和會聚透鏡1023上鍍有增透膜，對248nm的激光的透過率和反射率大于99%。
[0035]在本實施例中，紫外窗口 103的材料在選擇上除了要考慮透過波長范圍、透過率等光學性能外，還要考慮其硬度、膨脹系數(shù)等熱力學性能和機械性能，如石英晶體材料，即紫外窗口可以為石英晶體窗口。為了使激光的透過率最大，吸收和反射最小，石英晶體窗口用平行于光軸z切割的晶體，且該晶體滿足入射電場矢量垂直于入射面。
[0036]另外，漂移管體積較小，紫外窗口 103尺寸也不能過大，因此設計光路時，要考慮到達會聚透鏡1023的高斯光束束腰大小，以使其經(jīng)過會聚透鏡1023變換后可以穿過紫外窗口 103。
[0037]進一步地，該裝置還包括:支撐結構及設于支撐結構上的調節(jié)平臺，激光器101和高斯光束變換光路組件102設于調節(jié)平臺上。
[0038]具體地，調節(jié)平臺包括光學平臺和導軌，激光器101設于光學平臺上，高斯光束變換光路組件102設于導軌上，通過調節(jié)平臺和導軌將使激光器101發(fā)出的激光可以穿過高斯光束變換光路組件102照射到靶上。
[0039]本實用新型實施例中通過激光器發(fā)射的激光穿過高斯光束變換透鏡和會聚透鏡后，照射到靶托上時，靶托上的靶就會被激光所加熱、熔化、氣化，直至變?yōu)榈入x子體，從而實現(xiàn)向漂移管內注入離子，該裝置在制備離子時不需要進行重原子的蒸發(fā)，而是直接采用激光照射靶材，使得制成的離子中不會混入雜質，純度高；同時提高了產(chǎn)生離子的效率；激光器和高斯光束變換光路組件安裝在漂移管之外，簡化了漂移管內部的空間布置。
[0040]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種離子注入裝置，其特征在于，所述裝置包括: 激光器、高斯光束變換光路組件、紫外窗口、靶托和漂移管，所述高斯光束變換光路組件包括:高斯光束變換透鏡和會聚透鏡，所述高斯光束變換透鏡、所述會聚透鏡、所述紫外窗口及所述靶托依次設置在所述激光器發(fā)射出的激光的光路上，所述靶托位于所述漂移管中，所述紫外窗口嵌設在所述漂移管的管壁上。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光器為波長范圍在200-400nm的激光器。3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述激光器為KrF準分子激光器或者XeCI準分子激光器。4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高斯光束變換光路組件還包括反射鏡，所述激光器發(fā)射出的激光經(jīng)過所述反射鏡反射后穿過所述高斯光束變換透鏡。5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡上鍍有增反膜。6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高斯光束變換透鏡和所述會聚透鏡上鍍有增透膜。7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述紫外窗口為石英晶體窗口。8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括:支撐結構及設于所述支撐結構上的調節(jié)平臺，所述激光器和所述高斯光束變換光路組件設于所述調節(jié)平臺上。9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述調節(jié)平臺包括光學平臺和導軌，所述激光器設于所述光學平臺上，所述高斯光束變換光路組件設于所述導軌上。
【文檔編號】H01J37-10GK204271035SQ201420666669
【發(fā)明者】馮潔 [申請人]湖北大學