本實(shí)用新型涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲波和激波控制結(jié)構(gòu)，特別是用于準(zhǔn)分子激光器的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)及準(zhǔn)分子激光器放電腔。

背景技術(shù)：

圖1為公知技術(shù)的準(zhǔn)分子激光器放電腔截面結(jié)構(gòu)示意圖。準(zhǔn)分子激光器放電腔通常包括腔體結(jié)構(gòu)1、電極2、風(fēng)機(jī)3、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)4、散熱器5等幾個(gè)組成部分。其中，腔體結(jié)構(gòu)1主要提供氣體放電的密封空間，通常腔體內(nèi)充入氬氣(Ar)或氪氣(Kr)、氟氣(F2)以及緩沖氣體(如Ne等)組成的氣體混合物，總氣壓通常在三至四個(gè)大氣壓，或者更高；電極2用于對(duì)高壓氣體放電，陰極和陽(yáng)極間放電電壓通常在-15KV以上，陰陽(yáng)電極間為放電區(qū)；風(fēng)機(jī)3帶動(dòng)放電腔內(nèi)氣體的高速循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)帶走放電后的氣體，并為放電區(qū)提供新鮮工作氣體；導(dǎo)流結(jié)構(gòu)4引導(dǎo)工作氣體按照特定路徑進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)；散熱器5對(duì)放電后的高溫氣體進(jìn)行散熱冷卻，降低放電產(chǎn)生的熱干擾對(duì)后續(xù)放電的不利影響，保持準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，如保持ArF準(zhǔn)分子激光器腔內(nèi)氣體溫度在45℃附近。

準(zhǔn)分子激光器在陰極和陽(yáng)極間進(jìn)行高壓、高重頻放電，在幾十納秒以內(nèi)在兩個(gè)電極間迅速加載高電壓，大量的能量短時(shí)間內(nèi)被注入到放電區(qū)內(nèi)很小空間的氣體里面，在該時(shí)間內(nèi)放電區(qū)內(nèi)工作氣體尚未發(fā)生膨脹(即定容加熱)，但會(huì)產(chǎn)生溫度和壓力的躍變，這種壓力躍變?cè)诳臻g上是階梯變化的，之后氣體的等熵膨脹便形成了以超聲速向中性氣體傳播的激波，在該過(guò)程中同時(shí)伴隨著聲波的產(chǎn)生。在放電區(qū)產(chǎn)生的聲波和激波向四周傳播，到達(dá)腔壁或其他阻擋結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)被反射向不同方向，其中反射回放電區(qū)的聲波和激波將對(duì)后續(xù)放電產(chǎn)生不利影響，引起放電區(qū)氣壓梯度的變化，降低放電區(qū)內(nèi)工作氣體的均勻性，進(jìn)而影響激光器輸出能量的穩(wěn)定性。隨著放電重復(fù)頻率的提高，聲波和激波的不利影響將變得更顯著。因此，需要對(duì) 放電腔內(nèi)的聲波和激波進(jìn)行控制，通過(guò)散射、波的場(chǎng)干涉衰減和吸收等方法，降低聲波和激波振幅強(qiáng)度，從而降低對(duì)放電區(qū)高壓放電的不利影響。

目前，有報(bào)道的干擾放電腔內(nèi)聲波和激波的方法和結(jié)構(gòu)，如美國(guó)專利US5978405A、US6212211B1和US6317447B1等都提出了衰減聲波和/或激波的方法和結(jié)構(gòu)，其中如圖2所示，US5978405A提出了在放電腔內(nèi)增加具有特殊表面的反射體、腔壁上增加凹槽或?qū)訝疃嗫装寤蚨询B板等方法干擾聲波和激波，通過(guò)采用固定結(jié)構(gòu)的聲波和激波結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)聲波和激波的消除。US6212211B1提出了在放電腔內(nèi)采用迂回的氣路結(jié)構(gòu)、及放電腔外增加輔助腔室等方法干擾聲波和激波；US6317447B1提出了通過(guò)控制循環(huán)氣體溫度的方法干擾聲波和激波。

可見，目前有報(bào)道的干擾放電腔內(nèi)聲波和激波的方法，基本上都是在放電腔內(nèi)或者外部增加周期性的、或者固定的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)放電區(qū)產(chǎn)生的聲波和/或激波進(jìn)行干擾消除，可認(rèn)為是聲波和激波的被動(dòng)消除方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型目的在于提出一種準(zhǔn)分子激光器放電腔內(nèi)聲波和激波的主動(dòng)控制方法以及控制結(jié)構(gòu)。結(jié)合不同放電腔不同的腔型結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、流場(chǎng)特性等特征，預(yù)先分析放電腔內(nèi)不同位置處聲波和激波的傳播特性、振幅和相位信息，以此來(lái)對(duì)放電腔內(nèi)壁不同位置處設(shè)置不同的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波和激波的定向引導(dǎo)，之后通過(guò)波的相干相消過(guò)程、以及吸聲材料共同作用，大幅提高對(duì)放電腔內(nèi)聲波和激波的衰減能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)放電腔內(nèi)聲波和激波的主動(dòng)控制消除過(guò)程，降低其對(duì)激光器輸出性能的不利影響。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種聲波和激波控制結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于放電腔中，該聲波和激波控制結(jié)構(gòu)貼附在放電腔內(nèi)表面，且由多個(gè)微結(jié)構(gòu)組成，所述微結(jié)構(gòu)是指呈一定規(guī)律分布的交錯(cuò)相間的凹陷結(jié)構(gòu)或凸起結(jié)構(gòu)。所述微結(jié)構(gòu)可由周期性排列的單元結(jié)構(gòu)組成。

一種實(shí)施方式是，所述單元結(jié)構(gòu)包括第一單元和第二單元，第一單元與第二單元在相互垂直的兩個(gè)方向上周期性、間隔排列，每個(gè)單元包括多條凹槽。

一種實(shí)施方式是，第一單元的凹槽的延伸方向不同于第二凹槽的延伸方向。

一種實(shí)施方式是，第一單元的凹槽的延伸方向垂直于第二凹槽的延伸方向。

一種實(shí)施方式是，所述凹槽為燕尾形凹槽。

一種實(shí)施方式是，所述凹槽的寬度、間隔、深度均在0.1mm至10mm之間。

一種實(shí)施方式是，所述凹槽由吸聲材料構(gòu)成。

本實(shí)用新型還提出一種準(zhǔn)分子激光器放電腔，該放電腔的內(nèi)壁附有至少一部分所述的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)。

(三)有益效果

本實(shí)用新型中提出的準(zhǔn)分子激光器放電腔內(nèi)聲波和激波的主動(dòng)控制方法以及控制結(jié)構(gòu)，與已報(bào)道的類似的方法或結(jié)構(gòu)相比較而言，將聲波和激波被動(dòng)消除方法改進(jìn)為主動(dòng)干擾、定向控制的方式，結(jié)合不同腔型結(jié)構(gòu)、腔內(nèi)流場(chǎng)特性等，對(duì)放電腔內(nèi)聲波/激波重點(diǎn)傳播區(qū)域布置聲波和激波控制結(jié)構(gòu)；針對(duì)放電腔內(nèi)不同位置處的聲波/激波傳播特性(如傳播方向、強(qiáng)度、相位等)，采用不同的聲波和激波控制微結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行引導(dǎo)和消除。即針對(duì)放電腔內(nèi)不同位置處聲波/激波特性，設(shè)置最佳的控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)聲波和激波的定向引導(dǎo)，通過(guò)波的相干相消原理實(shí)現(xiàn)消除的目的，最終大幅降低聲波和激波的強(qiáng)度，降低對(duì)放電區(qū)后續(xù)高壓放電和激光輸出穩(wěn)定性的不利影響。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)放電腔內(nèi)聲波和激波的人為性主動(dòng)控制，靈活采用不同控制維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)放電腔內(nèi)聲波和激波的有效控制過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)分子激光器放電腔截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)聲波和/或激波干擾裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型提出的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于準(zhǔn)分子激光器放電腔的截面示意圖；

圖4為圖3中本實(shí)用新型提出的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖5顯示了本實(shí)用新型提出的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元的多種變化方式。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提出一種準(zhǔn)分子激光器放電腔內(nèi)聲波和激波控制結(jié)構(gòu)及準(zhǔn)分子激光器放電腔。聲波和激波控制結(jié)構(gòu)附在放電腔內(nèi)壁上，在放電腔內(nèi)聲波和激波重點(diǎn)傳播區(qū)域，必要時(shí)放電腔全腔內(nèi)壁均覆蓋。聲波和激波控制結(jié)構(gòu)采用微結(jié)構(gòu)由若干微結(jié)構(gòu)在面內(nèi)擴(kuò)展形成。所述微結(jié)構(gòu)是指呈一定規(guī)律分布的交錯(cuò)相間的多組凹陷結(jié)構(gòu)或凸起結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)可以由周期性排列的單元結(jié)構(gòu)組成，例如每個(gè)微結(jié)構(gòu)由四個(gè)或者更多個(gè)單元組成，每個(gè)單元分布多條平行分布的燕尾形凹槽，相鄰單元的凹槽延伸方向呈正交分布。因此，由若干單元構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為由周期性、間隔分布的水平方向燕尾形凹槽單元和垂直方向燕尾形凹槽單元組成。不同單元之間的凹槽結(jié)構(gòu)和尺寸可以完全相同，也可以采用不同的凹槽結(jié)構(gòu)和尺寸。此外，根據(jù)使用效果，每個(gè)單元內(nèi)凹槽形狀還可以變換為矩形狀凹槽、或三角形狀凹槽、或者是多種不同凹槽的組合使用，或者是將微結(jié)構(gòu)縮小尺寸作為一個(gè)單元來(lái)使用，與其他單元嵌套分布在同一大微結(jié)構(gòu)中。

聲波和激波控制結(jié)構(gòu)可采用吸聲材料制成。

為使本實(shí)用新型的目的、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)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖3所示為本實(shí)用新型提出的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于準(zhǔn)分子激光器放電腔的截面示意圖，準(zhǔn)分子激光器放電腔包括腔體結(jié)構(gòu)1、電極2、風(fēng)機(jī)3、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)4、散熱器5。其中腔體結(jié)構(gòu)1、電極2、風(fēng)機(jī)3、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)4、散熱器5與圖1中結(jié)構(gòu)一致。

本實(shí)用新型中提出的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)6附著在放電腔內(nèi)壁上，結(jié)合放電腔內(nèi)不同位置處的聲波和激波傳播特性(如傳播方向、強(qiáng)度、相位 等)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于放電腔內(nèi)壁上聲波和激波傳播的重點(diǎn)區(qū)域，如實(shí)施例中所示的高壓放電區(qū)周圍、放電腔兩側(cè)內(nèi)壁等區(qū)域，均可設(shè)置該聲波和激波控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同的腔型結(jié)構(gòu)，可在放電腔內(nèi)壁上其他區(qū)域、或者必要時(shí)放電腔全腔內(nèi)壁均覆蓋該聲波和激波控制結(jié)構(gòu)。

聲波和激波控制結(jié)構(gòu)6是由若干個(gè)微結(jié)構(gòu)在放電腔內(nèi)表面上擴(kuò)展而成。本實(shí)用新型中所述微結(jié)構(gòu)由若干組呈一定規(guī)律分布的單元組成，每個(gè)單元內(nèi)分布若干交錯(cuò)相間的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)，即凹槽結(jié)構(gòu)。

圖4為圖3中聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。如圖4所示，微結(jié)構(gòu)一種實(shí)施方式是，所述微結(jié)構(gòu)由兩種基本結(jié)構(gòu)組成，即第一單元6a和第二單元6b，第一單元6a和第二單元6b在相互垂直的兩個(gè)方向上周期性、間隔排列。第一單元6a和第二單元6b均包括相互平行的多條凹槽，但不同單元的凹槽延伸方向(長(zhǎng)度方向)相互垂直，凹槽的截面為燕尾形(底邊長(zhǎng)于頂部的梯形)。微結(jié)構(gòu)圖4中顯示了四個(gè)單元，但這僅是示意，單元的數(shù)量可以根據(jù)需要在面內(nèi)擴(kuò)展成需要的面積。所述的凹槽寬度、間隔、深度一般在0.1mm至10mm之間，截面梯形的底角優(yōu)選為在45°至90°之間。凹槽寬度、間隔、深度可以取相同值也可以取不同值。燕尾形凹槽能提高對(duì)凹槽內(nèi)入射波的鎖緊能力，提高波在凹槽內(nèi)反射次數(shù)，增加吸收，降低反射波在放電腔內(nèi)的傳導(dǎo)。

采用這種周期性、間隔分布的凹槽式微結(jié)構(gòu)，可以提高波的分散程度，對(duì)波的傳輸起到充分的干擾目的，將入射的聲波和激波變成大量的子波向多方向散射，降低反射回放電區(qū)的聲波和激波強(qiáng)度，這是本實(shí)用新型中優(yōu)勢(shì)之一。

同時(shí)，上述聲波和激波控制結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用吸聲性能良好的材料(吸聲材料)制成，如Al₂O₃陶瓷、泡沫金屬等材料，吸聲材料可對(duì)入射的聲波和激波進(jìn)行吸收，降低反射會(huì)放電區(qū)的聲波和激波的幅值強(qiáng)度，進(jìn)而進(jìn)一步降低對(duì)激光器放電區(qū)高壓放電的不利影響。

本實(shí)用新型的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化。例如圖4中所示的微結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)單元均可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，如改變凹槽的尺寸或數(shù)量等；或變換為其他的凹槽形狀，如矩形凹槽(截面為矩形)、三角形凹槽(截面為倒三角形)、截面上寬下窄的梯形 凹槽等；或采用不同凹槽形狀的組合，如矩形和三角形凹槽組合、燕尾形和矩形凹槽的組合等；或每個(gè)單元的各條凹槽相互成一角度，而不相互平行；或各單元的排列方式不同，如同心圓排列、蜂窩狀排列、波浪形排列等；或每個(gè)單元還可以采用“縮小版”的微結(jié)構(gòu)，即每個(gè)單元還包含若干子單元，子單元結(jié)構(gòu)與原單元結(jié)構(gòu)類似，整個(gè)單元結(jié)構(gòu)與原微結(jié)構(gòu)類似，相當(dāng)于將微結(jié)構(gòu)縮小尺寸作為一個(gè)單元來(lái)使用，與其他單元嵌套分布在同一大微結(jié)構(gòu)中。圖5顯示了微結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元的多種變化方式。

上述實(shí)施例中的微結(jié)構(gòu)包括周期性排列的單元，但本實(shí)用新型不限于此，整個(gè)聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的單元排布也可以是非周期性的，即上述對(duì)于微結(jié)構(gòu)的組成單元的各種變化可以以任意方式作用于微結(jié)構(gòu)中的任意單元。

優(yōu)選的，在放電腔內(nèi)不同位置處設(shè)置的聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)是根據(jù)該位置處聲波和激波的傳播特性對(duì)其組成單元進(jìn)行特定設(shè)置的，例如通過(guò)對(duì)凹槽形狀、組合形式、數(shù)量、凹槽尺寸(寬度、間隔、深度)等參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，采用最佳微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射的聲波和激波的定向引導(dǎo)傳輸。由此，通過(guò)反射波同入射波相覆蓋時(shí)，波的疊加相消原理能實(shí)現(xiàn)最大程度衰減聲波和激波幅值強(qiáng)度的目的。

因此，結(jié)合放電腔內(nèi)不同位置處聲波和激波傳輸特性，而采用特定的微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波和激波的定向引導(dǎo)和主動(dòng)控制過(guò)程，以達(dá)到聲波和激波最大程度衰減的目的，是本實(shí)用新型的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)。

由此可知，本實(shí)用新型中聲波和激波控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是結(jié)合不同放電腔腔型結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、流場(chǎng)特性等，預(yù)先分析得出放電腔內(nèi)不同位置處的聲波/激波傳播特性，以此來(lái)決定該處聲波和激波控制微結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)特征，采用最佳的微結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)聲波和激波最大程度衰減的目的。放電腔內(nèi)各處的聲波和激波控制微結(jié)構(gòu)不盡相同，主要取決于該處的聲波和激波傳播特性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)放電腔內(nèi)不同位置處的反射波均能進(jìn)行最大程度干擾相消的作用，針對(duì)聲波和激波傳播特性(如傳播方向、強(qiáng)度、相位等)，每個(gè)位置處的微結(jié)構(gòu)都可以進(jìn)行相應(yīng)的改變。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí) 施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。