專利名稱：氣體激光器及其放電腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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。本實用新型特別適合應(yīng)用于需要具有良好的放電區(qū)流場狀態(tài)的準分子氣體激光器的場合。
技術(shù)背景 氣體激光器，尤其是準分子激光器是最佳的光刻用激光光源。典型的準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。準分子激光器在高重復(fù)頻率下工作時，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1是現(xiàn)有技術(shù)的準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)附近的流場狀態(tài)。如圖1所示，在準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1所示的傳統(tǒng)準分子激光器中，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。為了實現(xiàn)高重復(fù)頻率放電，放電腔內(nèi)的氣體2被驅(qū)動，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，放電產(chǎn)生的廢氣和熱量可能不能夠及時地被主流區(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，所積聚的熱量會使放電電極4和9的背風(fēng)ー側(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)問題本實用新型所要解決的技術(shù)問題是防止氣體激光器的放電腔內(nèi)形成渦旋氣流，以避免其對激光器的性能帶來的不利影響。( ニ )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型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，所述風(fēng)機驅(qū)動所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進行流動，從而形成一個主氣流，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)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，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ロ朝向所述導(dǎo)流板與所述放電電極之間的間隙。根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，所述放電腔內(nèi)還包括有ー個預(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)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，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)ー側(cè)的導(dǎo)流板上設(shè)置所述微流道。根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，所述微流道是ー個槽群，所述槽群是指多個平行排列的凹槽。根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，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)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，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。根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，所述微流道是環(huán)肋或者通孔。本實用新型還 提出一種氣體激光器，其包括如前所述的放電腔。根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，該氣體激光器是準分子激光器。(三)有益效果 本實用新型通過在準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，増加了放電穩(wěn)定性，提高了激光能量，延長了預(yù)電離電極壽命。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的準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)附近的流場狀態(tài)；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的準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是本實用新型的一個實施例的準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)附近的流場狀態(tài)；圖4本實用新型的一個實施例的的準分子激光器的微流道結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖5是本實用新型的一個實施例的微流道結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是本實用新型的一個實施例的微流道結(jié)構(gòu)與預(yù)電離裝置的裝配關(guān)系示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型作進ー步的詳細說明。本實用新型對傳統(tǒng)的氣體激光器的放電腔結(jié)構(gòu)進行了改進，在其中設(shè)計了ー種微流道結(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。在本實用新型的準分子激光器的放電腔內(nèi)具有放電電極和風(fēng)機，放電電極包括陰極和陽扱。當(dāng)準分子激光器在工作時，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)機驅(qū)動氣流經(jīng)過放電區(qū)進行流動，從而形成一個主氣流。本實用新型中將靠近風(fēng)機ー側(cè)稱為氣流的上游，另ー側(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)置有ー個預(yù)電離裝置。導(dǎo)流板的作用是構(gòu)造放電區(qū)氣體流動的主流道，以避免氣體流動的側(cè)方存在凸出或凹陷結(jié)構(gòu)而影響氣流的流動，使放電區(qū)附近形成均勻的高速氣流。本實用新型的導(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)ー側(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，本實用新型在導(dǎo)流板上設(shè)置了微流道結(jié)構(gòu)。圖3是本實用新型一個實施例的準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)本實用新型的該實施例，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)計了一個微流道結(jié)構(gòu)，即包括一個微流道12。圖4對所述微流道結(jié)構(gòu)進行了放大顯示。如圖所示，微流道12具有ー個入口和一個出口，所述入口開ロ于面向主流道的下游的區(qū)域；出口開ロ主流道氣流的背風(fēng)面的凹陷區(qū)域，在該實施例中，出ロ位于陰極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，從而補充了所述間隙內(nèi)的氣體，使間隙的氣壓増大，防止了渦旋氣流的產(chǎn)生。在圖3、圖4所示的實施例中，僅在陰極4的導(dǎo)流板5上設(shè)置微流道12。但本實用新型并不限于此，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。為了實現(xiàn)微流道12的設(shè)計，可將導(dǎo)流板5的表面加工成槽群狀，在本實用新型中，所謂槽群是指多個平行排列的凹槽。這樣，導(dǎo)流板5既能支撐預(yù)電離裝置6，同時實現(xiàn)微流道12的作用。在圖5所示的實施例中，在導(dǎo)流板那5支撐預(yù)電離裝置一側(cè)設(shè)置ー個槽群，槽群平行于截面方向，槽群包括多個凹槽，多個凹槽之間設(shè)有隔板，氣流從每個凹槽的遠離預(yù)電離一端進入，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)本實用新型，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)計一系列橫向的通孔，讓氣流沿孔道吹向渦旋區(qū)。圖6是本實用新型的一個實施例的微流道結(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)本實用新型的實施例的準分子激光器在工作時，放電區(qū)7的下游流道是擴散型流道，下游的靜壓高于放電區(qū)的靜壓，因此在壓差驅(qū)動下，會在微流道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，使廢氣遠離放電電極4。由此可見，本實用新型能使放電腔內(nèi)的廢氣遠離放電電極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。同時能有效降低放電電極4和9背風(fēng)ー側(cè)的溫度，提高放電的穩(wěn)定性和預(yù)電離裝置6的壽命。以上通過ー個具體實施描述了本實用新型。但是本實用新型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)本實用新型，對于放電腔內(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，其出ロ朝向所述凹陷區(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，對于上述實施例描述的主流道，也可以在預(yù)電離裝置的外表面布置多個環(huán)肋，氣流從肋間通過井吹向凹陷區(qū)，從而避免生成渦旋氣流。本實用新型的具有微流道結(jié)構(gòu)的放電腔可以適用于任何氣體激光器的放電腔，特別是準分子激光器。更進ー步說，本實用新型的微流道也可應(yīng)用于任何需要避免產(chǎn)生渦旋氣流的裝置中。以上所述的具體實施例，對本實用新 型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進ー步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(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，所述風(fēng)機驅(qū)動所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進行流動，從而形成一個主氣流，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1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1所述的用于氣體激光器的放電腔，其特征在于，所述微流道是一個槽群，所述槽群是指多個平行排列的凹槽。
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1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，該氣體激光器是準分子激光器。
專利摘要本實用新型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，所述風(fēng)機驅(qū)動所述放電腔內(nèi)的氣體經(jīng)過所述放電電極而進行流動，從而形成一個主氣流。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。本實用新型通過在準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H01S3/036GK202872165SQ201220209759
公開日2013年4月10日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院光電研究院