專利名稱：具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔及氣體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氣體激光器的放電腔，特別是具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔及相應(yīng)的氣體激光器。本發(fā)明特別適合應(yīng)用于需要具有良好的放電區(qū)流場(chǎng)狀態(tài)的準(zhǔn)分子氣體激光器的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
氣體激光器，尤其是準(zhǔn)分子激光器是最佳的光刻用激光光源。典型的準(zhǔn)分子激光器主要由放電腔、高壓脈沖源兩部分組成，而放電腔主要由放電電極、氣體循環(huán)系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)組成。準(zhǔn)分子激光器在高重復(fù)頻率下工作時(shí)，需要在放電區(qū)形成高速氣流，帶走已經(jīng)放過電的廢氣，不斷為放電腔補(bǔ)充新鮮的工作氣體，以保證放電質(zhì)量，從而提高激光能量及其 穩(wěn)定性。但是，在目前的常用技術(shù)中，電極背風(fēng)面常存在渦旋區(qū)，造成這種結(jié)果的原因是放電區(qū)流道沒有設(shè)計(jì)成流線型或者電極側(cè)面安裝的預(yù)電離電極破壞了流線型流道。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)分子激光器的不具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔的示意圖，其中顯示了放電區(qū)附近的流場(chǎng)狀態(tài)。如圖I所示，在準(zhǔn)分子激光器放電腔中，放電陰極4安裝在陶瓷板(或其它絕緣材料)3上，陶瓷板3安裝在放電腔的腔體I上，從而實(shí)現(xiàn)陰極4與放電腔腔體I的絕緣。陽極9與放電腔的腔體I相連，二者是等電位的。在圖I所示的傳統(tǒng)準(zhǔn)分子激光器中，在電極的一側(cè)或兩側(cè)裝有預(yù)電離裝置6，并放電腔中充有放電介質(zhì)氣體2。為了實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率放電，放電腔內(nèi)的氣體2被驅(qū)動(dòng)，形成高速氣流10通過氣體放電區(qū)7。在放電電極4和9兩側(cè)裝有絕緣材料制成的導(dǎo)流板5和8。導(dǎo)流板5和8的作用是構(gòu)造放電區(qū)主流道，從而在放電區(qū)附近形成更為均勻的高速氣流。但是，由于預(yù)電離裝置6的存在，破壞了放電區(qū)主流道的完整性，在放電電極4和9的背風(fēng)側(cè)易形成渦旋區(qū)11。圖2是該渦旋區(qū)的放大示意圖。當(dāng)放電電極4和9的背風(fēng)面存在渦旋區(qū)時(shí)，放電產(chǎn)生的廢氣和熱量可能不能夠及時(shí)地被主流區(qū)的流體帶走，而是積聚在放電電極4或9的背風(fēng)面的渦旋區(qū)11內(nèi)。這樣，渦旋區(qū)11的廢氣與未吹遠(yuǎn)的廢氣連通，很容易產(chǎn)生電極側(cè)面的拉弧，從而影響激光能量。而且，所積聚的熱量會(huì)使放電電極4和9的背風(fēng)一側(cè)的溫度急劇升高，從而影響放電的穩(wěn)定性和預(yù)電離裝置6的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是防止氣體激光器的放電腔內(nèi)形成渦旋氣流，以避免其對(duì)激光器的性能帶來的不利影響。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種用于氣體激光器的放電腔，該放電腔內(nèi)具有放電電極和風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進(jìn)行流動(dòng)，從而形成一個(gè)主氣流，在所述主氣流的流道的兩側(cè)存在凹陷區(qū)，在所述主氣流的流道兩側(cè)設(shè)置有微流道，所述微流道具有用于氣體流入的入口和用于氣體流出的出口，所述入口位于所述主氣流的下游，所述出口朝向所述凹陷區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在所述放電電極的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流板，所述微流道設(shè)置有所述導(dǎo)流板上，并且所述微流道的出口朝向所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間的間隙。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述放電腔內(nèi)還包括有一個(gè)預(yù)電離裝置，其支撐于所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間，所述微流道的出口朝向該預(yù)電離裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述放電電極包括陰極和陽極，在所述陰極和/或陽極的位于所述主氣流的下側(cè)一側(cè)的導(dǎo)流板上設(shè)置所述微流道。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述微流道是一個(gè)槽群，所述槽群是指多個(gè)平行排列的凹槽。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述凹槽之間具有隔板，所述預(yù)電離裝置支撐于所述隔板上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述凹槽的寬度不低于10mm，深度不小于3mm，相鄰凹槽間的距離不大于2mm。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述微流道是環(huán)肋或者通孔。本發(fā)明還提出一種氣體激光器，其包括如前所述的放電腔。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該氣體激光器是準(zhǔn)分子激光器。(三)有益效果本發(fā)明通過在準(zhǔn)分子激光器的放電腔中構(gòu)造微流道結(jié)構(gòu)，從而防止了渦旋氣流的產(chǎn)生，減少了放電電極側(cè)面產(chǎn)生的位弧現(xiàn)象，增加了放電穩(wěn)定性，提高了激光能量，延長了預(yù)電離電極壽命。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)分子激光器的不具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔的示意圖，其中顯示了放電區(qū)附近的流場(chǎng)狀態(tài)；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)分子激光器的不具有微流道結(jié)構(gòu)的渦旋區(qū)的放大示意圖；圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的準(zhǔn)分子激光器的具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔的示意圖，其中也顯示了放電區(qū)附近的流場(chǎng)狀態(tài)；圖4本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的的準(zhǔn)分子激光器的微流道結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)與預(yù)電離裝置的裝配關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)的氣體激光器的放電腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在其中設(shè)計(jì)了一種微流道結(jié)構(gòu)，從而將高壓區(qū)的氣流引至渦旋區(qū)，將渦旋區(qū)的氣體吹入主氣流之中，從而帶走渦旋區(qū)積聚的廢氣和熱量。在本發(fā)明的準(zhǔn)分子激光器的放電腔內(nèi)具有放電電極和風(fēng)機(jī)，放電電極包括陰極和陽極。當(dāng)準(zhǔn)分子激光器在工作時(shí)，在陰極上施加電壓，從而在陰極和陽極之間形成放電區(qū)。放電腔內(nèi)的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)氣流經(jīng)過放電區(qū)進(jìn)行流動(dòng)，從而形成一個(gè)主氣流。本發(fā)明中將靠近風(fēng)機(jī)一側(cè)稱為氣流的上游，另一側(cè)稱為氣流的下游。在所述陰極和陽極的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流板，在導(dǎo)流板與放電電極之間設(shè)置有一個(gè)預(yù)電離裝置。導(dǎo)流板的作用是構(gòu)造放電區(qū)氣體流動(dòng)的主流道，以避免氣體流動(dòng)的側(cè)方存在凸出或凹陷結(jié)構(gòu)而影響氣流的流動(dòng)，使放電區(qū)附近形成均勻的高速氣流。本發(fā)明的導(dǎo)流板還用于支撐預(yù)電離裝置。由于該預(yù)電離裝置的存在，在導(dǎo)流板與放電電極之間就必然形成有間隙，在主氣流的背風(fēng)一側(cè)的間隙導(dǎo)致便能造成所述主氣流的流道的凹陷，該凹陷將有可能導(dǎo)致主氣流兩側(cè)形成氣流渦旋區(qū)。為了防止氣流渦旋區(qū)的生成，本發(fā)明在導(dǎo)流板上設(shè)置了微流道結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的準(zhǔn)分子激光器的具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，放電電極包括陽極9和陰極4，為了防止生成如前所述的渦旋氣流，在放電電極的陰極4 的下游的導(dǎo)流板5上設(shè)計(jì)了一個(gè)微流道結(jié)構(gòu)，即包括一個(gè)微流道12。圖4對(duì)所述微流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了放大顯示。如圖所示，微流道12具有一個(gè)入口和一個(gè)出口，所述入口開口于面向主流道的下游的區(qū)域；出口開口主流道氣流的背風(fēng)面的凹陷區(qū)域，在該實(shí)施例中，出口位于陰極4與導(dǎo)流板5之間的間隙處，并朝向預(yù)電離裝置6。如圖4所示，微流道內(nèi)的氣流沿著主氣流方向的反方向流動(dòng)，從而補(bǔ)充了所述間隙內(nèi)的氣體，使間隙的氣壓增大，防止了渦旋氣流的產(chǎn)生。在圖3、圖4所示的實(shí)施例中，僅在陰極4的導(dǎo)流板5上設(shè)置微流道12。但本發(fā)明并不限于此，也可以在陽極9的下游的導(dǎo)流板上設(shè)置微流道，或者在陰極和陽極的導(dǎo)流板上均設(shè)置微流道。在陰極和陽極的導(dǎo)流板上設(shè)置微流道的方式相同或類似。為了實(shí)現(xiàn)微流道12的設(shè)計(jì)，可將導(dǎo)流板5的表面加工成槽群狀，在本發(fā)明中，所謂槽群是指多個(gè)平行排列的凹槽。這樣，導(dǎo)流板5既能支撐預(yù)電離裝置6，同時(shí)實(shí)現(xiàn)微流道12的作用。在圖5所示的實(shí)施例中，在導(dǎo)流板那5支撐預(yù)電離裝置一側(cè)設(shè)置一個(gè)槽群，槽群平行于截面方向，槽群包括多個(gè)凹槽，多個(gè)凹槽之間設(shè)有隔板，氣流從每個(gè)凹槽的遠(yuǎn)離預(yù)電離一端進(jìn)入，吹向支撐有預(yù)電離裝置的凹槽出口。為了保證良好的效果，凹槽的寬度最好不低于IOmm,而相鄰凹槽之間的距離應(yīng)不大于2mm,—般而言凹槽深度不小于3mm。但是，根據(jù)本發(fā)明，微流道12并不限于上述槽群結(jié)構(gòu)，也可以是環(huán)肋或通孔。例如，也可在導(dǎo)流板上設(shè)計(jì)一系列橫向的通孔，讓氣流沿孔道吹向渦旋區(qū)。圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的微流道結(jié)構(gòu)與預(yù)電離裝置的裝配關(guān)系示意圖。如圖6所示，預(yù)電離裝置6置于槽群的凹槽之間的隔板之上，氣流可以通過預(yù)電離裝置6下面的槽群直接吹向渦旋區(qū)。當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施例的準(zhǔn)分子激光器在工作時(shí)，放電區(qū)7的下游流道是擴(kuò)散型流道，下游的靜壓高于放電區(qū)的靜壓，因此在壓差驅(qū)動(dòng)下，會(huì)在微流道12中形成微氣流13。微氣流13將渦旋區(qū)11中的氣體吹入主氣流10之中，從而帶走渦旋區(qū)11中積聚的廢氣和熱量。這樣，使廢氣遠(yuǎn)離放電電極4。由此可見，本發(fā)明能使放電腔內(nèi)的廢氣遠(yuǎn)離放電電極4和9，避免形成放電電極4或9的側(cè)面拉弧，提高放電質(zhì)量。同時(shí)能有效降低放電電極4和9背風(fēng)一側(cè)的溫度，提高放電的穩(wěn)定性和預(yù)電離裝置6的壽命。以上通過一個(gè)具體實(shí)施描述了本發(fā)明。但是本發(fā)明并不限于在電極兩側(cè)的背風(fēng)面的導(dǎo)流板上設(shè)置微流道。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于放電腔內(nèi)的氣流主流道兩側(cè)的任意凹陷區(qū)，只要有可能形成氣流渦旋區(qū)，均可在相似的位置設(shè)置微流道結(jié)構(gòu)，只要使微流道的入口位于主氣流的下游，其出口朝向所述凹陷區(qū)，就能夠有效地避免渦旋氣流的產(chǎn)生，例如在放電腔腔體本身的凹陷區(qū)、各元件間不連續(xù)的交接處等，均可以設(shè)置微流道，微流道的形式也不僅限于凹槽或通孔。舉例來說，對(duì)于上述實(shí)施例描述的主流道，也可以在預(yù)電離裝置的外表面布置多個(gè)環(huán)肋，氣流從肋間通過并吹向凹陷區(qū)，從而避免生成渦旋氣流。 本發(fā)明的具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔可以適用于任何氣體激光器的放電腔，特別是準(zhǔn)分子激光器。更進(jìn)一步說，本發(fā)明的微流道也可應(yīng)用于任何需要避免產(chǎn)生渦旋氣流的裝置中。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體激光器的放電腔，該放電腔內(nèi)具有放電電極和風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進(jìn)行流動(dòng)，從而形成一個(gè)主氣流，在所述主氣流的流道的兩側(cè)存在凹陷區(qū)，其特征在于，在所述主氣流的流道兩側(cè)設(shè)置有微流道，所述微流道具有用于氣體流入的入口和用于氣體流出的出口，所述入口位于所述主氣流的下游，所述出口朝向所述凹陷區(qū)。
2.如權(quán)利要求I所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，在所述放電電極的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流板，所述微流道設(shè)置有所述導(dǎo)流板上，并且所述微流道的出口朝向所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間的間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述放電腔內(nèi)還包括有一個(gè)預(yù)電離裝置，其支撐于所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間，所述微流道的出口朝向該預(yù)電離裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述放電電極包括陰 極和陽極，在所述陰極和/或陽極的位于所述主氣流的下側(cè)一側(cè)的導(dǎo)流板上設(shè)置所述微流道。
5.如權(quán)利要求I所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述微流道是一個(gè)槽群，所述槽群是指多個(gè)平行排列的凹槽。
6.如權(quán)利要求5所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述凹槽之間具有隔板，所述預(yù)電離裝置支撐于所述隔板上。
7.如權(quán)利要求5所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述凹槽的寬度不低于10mm，深度不小于3臟，相鄰凹槽間的距離不大于2mm。
8.如權(quán)利要求I所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述微流道是環(huán)肋或者通孔。
9.一種氣體激光器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的放電腔。
10.如權(quán)利要求9所述的氣體激光器，該氣體激光器是準(zhǔn)分子激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于氣體激光器的放電腔以及氣體激光器，該放電腔內(nèi)具有放電電極和風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進(jìn)行流動(dòng)，從而形成一個(gè)主氣流。在所述放電電極的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流板，所述微流道設(shè)置有所述導(dǎo)流板上，并且所述微流道的出口朝向所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間的間隙。放電腔內(nèi)還包括有一個(gè)預(yù)電離裝置，其支撐于所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間。本發(fā)明通過在準(zhǔn)分子激光器的放電腔中構(gòu)造微流道結(jié)構(gòu)，從而防止了渦旋氣流的產(chǎn)生，減少了放電電極側(cè)面產(chǎn)生的位弧現(xiàn)象，增加了放電穩(wěn)定性，提高了激光能量，延長了預(yù)電離電極壽命。
文檔編號(hào)H01S3/036GK102842840SQ20121014444
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉斌, 丁金濱, 張立佳, 趙江山, 周翊, 王宇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電研究院