本實(shí)用新型涉及紫外光源設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種集成冷卻裝置的高亮度紫外光源。

背景技術(shù)：

紫外光源在科研方面的光電子能譜、質(zhì)譜研究；微電子與光電子技術(shù)的紫外光刻；化學(xué)工業(yè)中的光合成、光固化、光氧化；食品醫(yī)療方面的殺菌、消毒、治療皮膚病以及公安偵查的鑒別等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有的紫外光源(裝置)按紫外光產(chǎn)生的機(jī)理，一般分為高壓電極放電、微波波導(dǎo)諧振腔耦合、電感線圈耦合等幾種類型，但目前上述裝置都有著各自的缺陷：

1、利用高壓電極放電產(chǎn)生等離子發(fā)光，該類裝置的電極因受等離子腐蝕，其壽命一般在1000小時(shí)以內(nèi)。同時(shí)電極之間電場(chǎng)能量密度小(一般在10⁵V/m以下)，導(dǎo)致發(fā)光效率不高，一般在不超過10¹⁶photons/(Sr*S)；

2、波導(dǎo)型諧振腔微波耦合，由于該類裝置的電場(chǎng)能量密度分布在整個(gè)諧振腔內(nèi)，因而能量分布空間大，發(fā)光效率一般不超過10¹⁶photons/(Sr*S)；在波導(dǎo)型諧振腔微波耦合的基礎(chǔ)上，增加一段與微波頻率匹配的永磁體，使產(chǎn)生的等離子體發(fā)生回旋共振(ECR)，采用電子回旋共振的方式激發(fā)產(chǎn)生等離子體是更先進(jìn)的低溫等離子體技術(shù)，發(fā)光效率有一定的提高，但是其發(fā)光效率仍達(dá)不到10¹⁷photons/(Sr*S)；更重要的一點(diǎn)這種波導(dǎo)型諧振腔的尺寸需要和微波的波長(zhǎng)匹配。為了減小諧振腔的尺寸，通常需要使用高頻的微波(代表性的如：德國(guó)SPECS公司采用的是2.45GHz微波源，瑞典的SCIENTA公司更是使用了10GHz超高頻微波源)作為激勵(lì)源，這類大功率的高頻微波源及配套設(shè)備體積龐大、價(jià)格昂貴；

3、電感線圈耦合方式，線圈激發(fā)的頻率較低(一般小于100MHz)，其發(fā)光效率不超過10¹⁶photons/(Sr*S)。

另外現(xiàn)有的紫外光源，多數(shù)需要點(diǎn)火裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)較為復(fù)雜，制造和維護(hù)成本高。另一方面，對(duì)于較重的氣體，由于等離子腐蝕比較嚴(yán)重，現(xiàn)有的紫外光源裝置只能激勵(lì)1-2種工作氣體發(fā)光。

需要指出的是，現(xiàn)有的紫外光源一般采用整體風(fēng)冷或局部水冷的方式，這些冷卻方式未能有效對(duì)介質(zhì)管進(jìn)行冷卻，使得現(xiàn)有技術(shù)中紫外光源的介質(zhì)管以及其他部件的使用壽命受到了極大限制；而且現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻方式會(huì)對(duì)腔體內(nèi)電場(chǎng)分布有所干擾，使得紫外光發(fā)光效率以及穩(wěn)定性也受到較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有紫外光源發(fā)光效率低下、冷卻效果不佳的問題，本實(shí)用新型披露了一種集成冷卻裝置的高亮度紫外光源，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)施的：

一種集成冷卻裝置的高亮度紫外光源，包括等離子保持器、射頻電場(chǎng)聚焦器、密封固定裝置以及冷卻裝置；所述密封固定裝置包括真空接口；所述射頻電場(chǎng)聚焦器為等離子局域場(chǎng)型電場(chǎng)聚焦器，包括射頻源、天線、內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述天線第一端與所述射頻源電性連接，所述天線第二端與所述外導(dǎo)體電性連接；所述等離子保持器包括光傳導(dǎo)部和進(jìn)氣口；所述等離子保持器至少一部分位于所述射頻電場(chǎng)聚焦器的能量聚焦范圍內(nèi)；所述內(nèi)導(dǎo)體包含流體通道；所述冷卻裝置包括流體輸出端，所述流體輸出端與所述流體通道相通；所述密封固定裝置設(shè)置有流體出口。

優(yōu)選地，所述內(nèi)導(dǎo)體包括柱狀的內(nèi)電極面，所述外導(dǎo)體包括階梯形柱狀的外電極面，所述內(nèi)電極面與所述外電極面電性連接；所述外電極面包括上極面和下極面；所述外電極面與所述內(nèi)電極面同軸；所述天線設(shè)置于所述下極面與所述內(nèi)電極面之間；所述密封固定裝置還包括固定部件；所述固定部件用于限定所述等離子保持器和所述內(nèi)導(dǎo)體的相對(duì)位置；所述真空接口緊套在所述光傳導(dǎo)部外壁上。

優(yōu)選地，所述固定部件為可容納所述外導(dǎo)體、所述內(nèi)導(dǎo)體、所述天線及所述等離子保持器的管狀容器，所述固定部件的頂部固定所述光傳導(dǎo)部。

優(yōu)選地，所述固定部件包括環(huán)形狹縫，所述環(huán)形狹縫連通所述固定部件內(nèi)部的中空區(qū)域；所述環(huán)形狹縫包括與外界輸氣設(shè)備相連的狹縫入口。

優(yōu)選地，所述光傳導(dǎo)部包括窄通道，所述窄通道內(nèi)徑D₁為0.5～15mm；所述等離子保持器位于所述能量聚焦范圍內(nèi)的部分，其厚度為0.2～4mm。

優(yōu)選地，所述等離子保持器還包括與所述光傳導(dǎo)部連接的封閉部，所述封閉部位于所述射頻電場(chǎng)聚焦器的能量聚焦范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述封閉部呈橢球形，其短軸方向內(nèi)徑D₂為2～20mm，長(zhǎng)軸方向內(nèi)徑D₃為5～30mm；所述內(nèi)導(dǎo)體呈柱狀，所述流體通道貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體的上端以及下端；所述流體包括干燥的空氣。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述光傳導(dǎo)部一側(cè)，進(jìn)氣口氣壓為10^-3～10mbar，進(jìn)氣口的氣體流量為0.05～20sccm；所述環(huán)形狹縫一側(cè)的截面呈“G”字形。

優(yōu)選地，所述等離子保持器貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體，所述進(jìn)氣口設(shè)置于所述等離子保持器的尾部。

優(yōu)選地，所述等離子保持器與所述內(nèi)導(dǎo)體的間距為0.1～5mm，所述等離子保持器內(nèi)徑為0.5～15mm，厚度為0.2～4mm；所述內(nèi)導(dǎo)體呈柱狀，所述流體通道貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體的上端以及下端，且處于所述等離子保持器外側(cè)以及所述內(nèi)電極面之間；所述流體包括干燥的空氣。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型的裝置在局部空間形成高密度的射頻電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到10⁷V/m)，可以直接電離激發(fā)等離子，不需要傳統(tǒng)的點(diǎn)火裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了實(shí)用和穩(wěn)定性；

2、本實(shí)用新型的主要部件(射頻電場(chǎng)聚焦器和等離子保持器)尺寸小，使得整個(gè)紫外光源裝置的體積可以控制在1L之內(nèi)，大大優(yōu)于現(xiàn)有的紫外光源裝置(3L)；

3、本實(shí)用新型所述紫外光源裝置可采用24V的低電壓驅(qū)動(dòng)射頻輸出，相比于傳統(tǒng)方式的高壓(>1000V)極大地降低了使用過程中的安全隱患；

4、通過對(duì)射頻電場(chǎng)聚焦器、等離子保持器尺寸參數(shù)、進(jìn)氣參數(shù)進(jìn)行合理配置，高頻場(chǎng)激勵(lì)可以實(shí)現(xiàn)10¹⁸photons/(Sr*S)以上級(jí)別的紫外光發(fā)光效率，發(fā)出的紫外光能量可以達(dá)到4～50eV；

5、通過在內(nèi)導(dǎo)體上設(shè)置流體通道、以及集成冷卻裝置的設(shè)計(jì)，使得等離子保持器能及時(shí)、有效得到冷卻，提高了本實(shí)用新型的使用壽命，可達(dá)到10000小時(shí)以上。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為射頻電場(chǎng)聚焦器原理圖；

圖2射頻電場(chǎng)聚焦器等效電路圖；

圖3為內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體尺寸參數(shù)示意圖；

圖4為天線橫置的截面示意圖；

圖5為內(nèi)導(dǎo)體頂端凹陷的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為內(nèi)導(dǎo)體為中空形態(tài)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為外導(dǎo)體截面為三級(jí)階梯狀的示意圖；

圖8為等離子保持器貫穿內(nèi)導(dǎo)體的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為密封固定裝置與等離子保持器以及外導(dǎo)體之間的位置關(guān)系結(jié)構(gòu)截面示意圖；

圖10為等離子保持器的一種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為等離子保持器的另一種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本文列舉的等離子保持器的第三種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本文列舉的等離子保持器的第四種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為本文列舉的等離子保持器的第五種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為本文列舉的等離子保持器的第六種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為頂端封閉的等離子保持器的一種截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17為等離子保持器頂端設(shè)置有遮光片時(shí)的局部截面示意圖；

圖18為帶冷卻裝置的紫外光源主要部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19為一種實(shí)施例中，流體出口位置示意圖；

圖20為一種實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖21為又一種實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖22為圖8實(shí)施例中，流體輸出端位置示意圖；

圖23為一種實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體上端水平截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖24為又一種實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體上端水平截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖25為圖20的實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體上端水平截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖26為圖18的實(shí)施例中，采用環(huán)形狹縫(一側(cè)截面呈“L”形)以及流體出口的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖27為另一些實(shí)施例中，環(huán)形狹縫(一側(cè)截面呈“G”字形)以及流體出口設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖28為另一些實(shí)施例中，環(huán)形狹縫剖視的結(jié)構(gòu)示意圖。

在上述附圖中，各圖號(hào)標(biāo)記分別表示：

等離子保持器1，光傳導(dǎo)部11，窄通道111，遮光片112，進(jìn)氣口12，封閉部13；

射頻電場(chǎng)聚焦器2，射頻源21，天線22，內(nèi)導(dǎo)體23，內(nèi)電極面231，內(nèi)導(dǎo)體上端232，內(nèi)導(dǎo)體下端233，流體通道234，外導(dǎo)體24，外電極面241，上極面242，下極面243，能量聚焦范圍25，絕緣體26；

密封固定裝置3，真空接口31，固定部件32，流體出口33，環(huán)形狹縫34，狹縫入口35；

真空腔體4；

冷卻裝置5，流體輸出端51。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型一種基礎(chǔ)冷卻裝置的高亮度紫外光源，其在真空環(huán)境中發(fā)出的紫外光能量主要在4～50eV之間。

本文使用上、下、頂部、底部、上端、下端等詞語，是為了方便結(jié)合附圖進(jìn)行各部件結(jié)構(gòu)，以及各部件之間的連接關(guān)系、位置關(guān)系的描述，以及使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，這一類的詞語僅表示相對(duì)的位置關(guān)系或者方向。

在本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式中，結(jié)合圖1、圖9、圖11、圖18、圖19、圖26、圖28，一種高效高亮度紫外光源裝置，包括等離子保持器1、射頻電場(chǎng)聚焦器2和密封固定裝置3以及冷卻裝置5；所述密封固定裝置3包括真空接口31；所述射頻電場(chǎng)聚焦器2為等離子局域場(chǎng)型電場(chǎng)聚焦器，包括射頻源21、天線22、內(nèi)導(dǎo)體23和外導(dǎo)體24；所述天線22第一端與所述射頻源21電性連接，所述天線22第二端與所述外導(dǎo)體24電性連接；所述等離子保持器1包括光傳導(dǎo)部11和進(jìn)氣口12；所述等離子保持器1至少一部分位于所述射頻電場(chǎng)聚焦器2的能量聚焦范圍25內(nèi)；所述內(nèi)導(dǎo)體23包含流體通道234；所述冷卻裝置5包括流體輸出端51，所述流體輸出端51與所述流體通道234相通。所述密封固定裝置3設(shè)置有流體出口33。

本實(shí)用新型中，紫外光產(chǎn)生及發(fā)射的原理是：通過射頻電場(chǎng)聚焦器2將射頻電場(chǎng)能量高度聚焦，實(shí)施者對(duì)聚焦范圍內(nèi)至少一個(gè)高電場(chǎng)密度的局部空間進(jìn)行抽真空的處理，隨后將發(fā)光氣體源源不斷輸送到該局部空間，高密度的電場(chǎng)將使發(fā)光氣體電離成等離子體，等離子體對(duì)外輻射發(fā)出紫外光，由于該局部空間為非封閉狀態(tài)，因此隨著發(fā)光氣體不斷更新，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的紫外光輸出；另外該局部空間內(nèi)氣體的更新，使得造就該局部空間的容器(即等離子保持器)本身在高溫高壓下產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體被帶走，保證了等離子發(fā)光環(huán)境中發(fā)光氣體的純度。

本實(shí)用新型所述的射頻電場(chǎng)聚焦器2，其等效電路原理如圖1、圖2所示。天線22將射頻源21提供的射頻能量耦合至內(nèi)導(dǎo)體23和外導(dǎo)體之間24，天線22的放置形式本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，例如可以如圖1、圖4所示形式放置，并由絕緣體26固定；天線22的材質(zhì)一般有銅、銀等金屬良導(dǎo)體，天線22的形狀一般有直線型、L型等。

射頻源用于提供射頻信號(hào)，本實(shí)用新型所述射頻定義為頻率在100MHz～10GHz之間，射頻源又可稱為微波源、微波發(fā)生器、固態(tài)射頻源、高頻射頻源等。

射頻電場(chǎng)聚焦器2的能量聚焦范圍如圖1中的虛線框所示，該范圍處于內(nèi)導(dǎo)體頂端232上下30mm范圍內(nèi)。所述等離子保持器1至少一部分位于射頻電場(chǎng)能量聚焦范圍25內(nèi)，使得等離子保持器1內(nèi)的至少一部分發(fā)光氣體能在高密度電場(chǎng)被電離。

本實(shí)用新型所述的發(fā)光氣體，其種類的選擇屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識(shí)范圍，一般選用單種的惰性氣體，如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氘氣等，當(dāng)然也可以是這些種類氣體之間的組合，或者這些氣體與其他氣體的組合，或者僅由其他種類氣體組成，在此不作特別限制。

本實(shí)用新型所述密封固定裝置3的作用主要是用于直接或者間接支撐或固定等離子保持器1以及射頻電場(chǎng)聚焦器2的內(nèi)導(dǎo)體23和外導(dǎo)體24。

本實(shí)用新型所述紫外光源裝置通過真空接口31(如圖8或圖9所示)對(duì)接各種外部的科研儀器，對(duì)接端形成的真空腔體4(如圖8或圖9所示)也要求具有一定的真空度(最好是小于10^-3mbar)，以實(shí)現(xiàn)紫外光在一定距離內(nèi)低損耗的傳播和使用；常見地，所述真空接口31可對(duì)接硅光電二極管、分析器等科研儀器，或者對(duì)接樣品、金膜等樣品反應(yīng)容器，從而實(shí)現(xiàn)無損原位表面分析等測(cè)試或者工作。真空接口31既可以套在等離子保持器上1(此時(shí)真空接口設(shè)置在等離子保持器1外側(cè)，起到固定以及支撐等離子保持器1的作用)，也可以設(shè)置在光傳導(dǎo)部11的出口端(此時(shí)真空接口31連接光傳導(dǎo)部11的出口端以及科研儀器的對(duì)接端，如質(zhì)譜儀、攝譜儀、光電子能譜等)，也可以設(shè)置在其他部位上，只要能起到將等離子保持器1和外部科研儀器的紫外光輸入端口密封連通的作用即可。在本具體實(shí)施方式中，真空接口31主要包括真空法蘭。

本實(shí)用新型所述的等離子保持器1，其主要作用是保證發(fā)光氣體流經(jīng)射頻電場(chǎng)能量高度聚焦的局部空間，保證該局部空間內(nèi)氣壓符合等離子發(fā)光的條件，并引導(dǎo)紫外光的傳輸。等離子保持器1一般采用石英材質(zhì)，當(dāng)然也可以是常見的用于作為等離子反應(yīng)容器的其他材質(zhì)，如藍(lán)寶石、陶瓷或其他非金屬耐高溫的材質(zhì)。出于耐高溫、高壓，以及輕便小巧的考慮，等離子保持器1的厚度最好選取在0.2～15mm之內(nèi)。等離子保持器1的形狀一般為管狀，當(dāng)其為管狀時(shí)，可以是頂部敞開尾部封閉的形態(tài)(如圖10～13及圖15所示)，也可以是頂部和尾部都敞開的形態(tài)(如圖14所示)，也可以是頂部和尾部都封閉的形態(tài)(如圖16所示)。在一些情況下，由于等離子保持器1(圖11～圖15)輸出端(即頂部)為非封閉狀態(tài)，相比于現(xiàn)有的封閉式的等離子發(fā)生容器或者等離子燈泡，可讓紫外光無介質(zhì)損耗地輸出，更耐腐蝕所述等離子保持器1的散熱效果更好，可以承受等離子散發(fā)的更高熱量，輸出更高能量的紫外光。在另一些情況下，為控制輸出紫外光的能量，可以將等離子保持器1做成如圖16所示的形狀，其頂部封閉；當(dāng)然，也可以在本來敞開的頂部上放置一遮光片112(如圖17所示，光傳導(dǎo)部11兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)氣口12以及抽氣口)，遮光片112一般采用氟化物作為材料，如氟化鈣、氟化鋰或氟化鎂，這樣通?？梢詫⑤敵龅淖贤夤饽芰靠刂圃?1eV以下。

等離子保持器1設(shè)置有進(jìn)氣口12，外部的進(jìn)氣裝置(進(jìn)氣裝置為科研領(lǐng)域常用設(shè)備)對(duì)接進(jìn)氣口12，從而將發(fā)光氣體按一定流速和流量輸送到等離子保持器1內(nèi)。

等離子保持器1包括光傳導(dǎo)部11，光傳導(dǎo)部11用以引導(dǎo)紫外光的輸出，以及為發(fā)光氣體提供流出的通道。光傳導(dǎo)部11常見的形狀如圖11、圖14所示。

一般的紫外光源(裝置)都是采用整體風(fēng)冷或局部水冷的方式，由于對(duì)于介質(zhì)管的冷卻效果不佳且會(huì)造成腔體內(nèi)的電場(chǎng)分布不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的紫外光源使用壽命受限，且輸入功率也受限(若輸入較大功率，介質(zhì)管將會(huì)因?yàn)閯×业臍怏w發(fā)光反應(yīng)產(chǎn)生的高溫而軟化，甚至被融化)。由于本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的紫外光源有較大差異，因此現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻方式并不完全適用于本實(shí)用新型。

本實(shí)用新型的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于集成冷卻裝置5，以對(duì)等離子保持器1反應(yīng)劇烈處進(jìn)行快速冷卻，使得等離子保持器內(nèi)可產(chǎn)生更高能量的紫外光。本實(shí)用新型中的冷卻裝置5輸出的流體對(duì)等離子保持器1進(jìn)行冷卻的同時(shí)，內(nèi)導(dǎo)體23也得以冷卻(不至于因受到高溫而影響自身性能或者壽命)，相比現(xiàn)有的冷卻方式相比，本實(shí)用新型的冷卻裝置5實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子保持器1和內(nèi)導(dǎo)體23的快速、有效冷卻，由于冷卻的范圍較小，對(duì)射頻電場(chǎng)聚焦器2在能量聚焦范圍25產(chǎn)生的電場(chǎng)干擾極小，大大提高了電場(chǎng)的穩(wěn)定性和聚焦范圍的精確性。

冷卻裝置5在本實(shí)用新型中的位置關(guān)系，既包括了如圖18～圖21所示的實(shí)施例(此時(shí)冷卻裝置5靠近內(nèi)導(dǎo)體下端233)，當(dāng)然也可以是其他的情況(如冷卻裝置5的流體輸出端51可以設(shè)置在靠近內(nèi)導(dǎo)體上端232的地方，此時(shí)冷卻裝置5可以位于固定部件32的一側(cè)或者兩側(cè))。

冷卻裝置5的數(shù)量不作特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，1個(gè)冷卻裝置5可以為1個(gè)等離子保持器1提供冷源，也可以為多個(gè)等離子保持器5提供冷源；當(dāng)然也可以是多個(gè)冷卻裝置5從不同方向?yàn)?個(gè)等離子保持器5提供冷源。

冷卻裝置5輸出的流體最好是干燥的氣體(空氣、氮?dú)狻⒍栊詺怏w等)；流體當(dāng)然也可以是氣體中夾雜有液體或固體，但這樣的情況下，可能會(huì)使得射頻電場(chǎng)聚焦器2傳遞至等離子保持器1內(nèi)的電磁波有所損耗。流體的選擇，最好滿足受熱后不會(huì)影響等離子保持器1以及內(nèi)導(dǎo)體23等部件性能的條件，因此腐蝕性的流體并非最佳選擇。

本實(shí)用新型對(duì)于冷卻裝置5輸進(jìn)內(nèi)導(dǎo)體23的流體溫度不作特別限制，只要滿足該溫度低于等離子保持器1表面最大溫度即可；當(dāng)然，為滿足快速有效對(duì)等離子保持器1進(jìn)行降溫，該流體溫度可以根據(jù)實(shí)際情況選取比室溫更低的值。在一個(gè)實(shí)施例中，該流體溫度為25攝氏度，流速為5～15m/s。

輸出流體的冷卻裝置5可以采用現(xiàn)有的技術(shù)，如空氣壓縮泵或風(fēng)機(jī)等，當(dāng)然也可以是此類設(shè)備與氣壓計(jì)、流量計(jì)等配套而成的裝置。在一些實(shí)施例中，冷卻裝置5的流體輸出端51可以和內(nèi)導(dǎo)體23的流體通道234緊密對(duì)接，以達(dá)到精確流量和流速控制的目的，避免不必要的流體泄漏而造成流體的浪費(fèi)；但在另外一些實(shí)施例，流體輸出端51也可以和流體通道234采取非接觸的方式，例如用風(fēng)機(jī)將風(fēng)吹進(jìn)流體通道234內(nèi)，或者利用一些管道將自然界的空氣引到流體通道234內(nèi)。

流體通道234的形狀、結(jié)構(gòu)不作特別限制，流體通道234可以是柱形的，也可以是不規(guī)則的彎曲狀，其在流體前進(jìn)方向上的寬度分布可以均勻的也可以是不均勻的，其數(shù)量可以是一個(gè)也可以是多個(gè)。在一些實(shí)施例中，流體通道234的壁面可以采用和內(nèi)導(dǎo)體23不同的物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，流體通道234如圖18、圖20、圖21或圖22所示；在一些實(shí)施例中，流體通道234的數(shù)量和截面形狀如圖23、圖24或圖25所示。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)合圖1和圖3，所述內(nèi)導(dǎo)體23包括柱狀的內(nèi)電極面231，所述外導(dǎo)體24包括階梯形柱狀的外電極面241，所述內(nèi)電極面231與所述外電極面241電性連接，所述外電極面241包括上極面242和下極面243；所述外電極面241與所述內(nèi)電極面231同軸；所述上極面242與所述內(nèi)電極面231的徑向距離L₁在1～15mm之間；所述下極面243與所述內(nèi)電極面231的徑向距離L₂大于L₁；所述上極面242的截面長(zhǎng)度H₁與下極面243的截面長(zhǎng)度H₂之和在10～150mm之間；所述天線22設(shè)置于所述下極面234與所述內(nèi)電極面231之間；所述射頻源21輸入的射頻頻率在100MHz～10GHz之間。

從電路結(jié)構(gòu)方面而言，內(nèi)電極面231與外電極面241相當(dāng)于是電容的兩個(gè)電極，而射頻電場(chǎng)就在內(nèi)電極面231以及外電極面241之間產(chǎn)生；內(nèi)電極面231以及外電極面241之間可以是真空、空氣或者是耐高溫的非導(dǎo)電介質(zhì)，本實(shí)施方式優(yōu)選空氣。所述外電極面241與所述內(nèi)電極面231既可以同軸也可以不同軸，但這兩種情況均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。外導(dǎo)體24的外電極面241可以是如圖3所示的二級(jí)階梯形柱狀金屬面，也可以是如圖7所示的三級(jí)階梯形柱狀金屬面，當(dāng)然也可以是在上極面242和下極面243相連的基礎(chǔ)上，作出的其他變形；外導(dǎo)體24可以是由金屬組成，也可以是由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照常識(shí)，選用金屬和非金屬材料搭配組成，只要滿足外電極面241為良導(dǎo)體金屬面即可；同理，內(nèi)導(dǎo)體23也只需要滿足內(nèi)電極面231為良導(dǎo)體金屬面即可，內(nèi)導(dǎo)體23可以是實(shí)心的(如圖3所示)，也可以是中空的(如圖6所示)，也可以是頂端凹陷的形狀(如圖5所示)，當(dāng)然，以上僅是常見的一些實(shí)施方式。另外，要在內(nèi)導(dǎo)體頂端232(如圖1所示)上下30mm內(nèi)形成高密度電場(chǎng)，L₁、L₂、H₁、H₂幾個(gè)參數(shù)的選取較為困難，本優(yōu)選實(shí)施方式中列舉的參數(shù)范圍已經(jīng)包括了最優(yōu)的組合，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)局部空間的電場(chǎng)密度達(dá)到10⁷V/m以上，理論上可以達(dá)到10⁸V/m，這是實(shí)現(xiàn)提高紫外光發(fā)光效率的主要因素，也是實(shí)用新型人作出主要的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)之一。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，H₁在10～30mm之間，H₂在15～100mm之間。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，L2在15～100mm之間，保證了裝置具有較小體積。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，L1＝L2，使得外導(dǎo)體易于制造。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，H1＜H2，使得被聚焦的電場(chǎng)的密度進(jìn)一步得到提高。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖8或圖9所示，所述密封固定裝置還包括固定部件32；所述固定部件32用于限定所述等離子保持器1和所述內(nèi)導(dǎo)體23的相對(duì)位置；所述真空接口31緊套在所述光傳導(dǎo)部11外壁上。固定部件32可以與內(nèi)導(dǎo)體32一體成型，也可以是活動(dòng)連接，在此不作特別限制。固定部件32可以和等離子保持器1直接接觸也可以是通過真空接口31間接接觸，固定部件32和內(nèi)導(dǎo)體23的接觸方式也不作特別限制。固定部件32本身既可以是一體成型的，也可以是分開的。固定部件32可以是各種常見的形態(tài)，如支架、支柱、容器等，只要能起到固定等離子保持器1以及內(nèi)導(dǎo)體23，并使等離子保持器1至少一部分落入射頻電場(chǎng)聚焦范圍25內(nèi)的作用即可。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述固定部件32為可容納所述外導(dǎo)體24、所述內(nèi)導(dǎo)體23、所述天線22及所述等離子保持器1的管狀容器(如圖8或圖9所示)，所述固定部件32頂部固定所述光傳導(dǎo)部11。管狀容器的設(shè)計(jì)，使得外導(dǎo)體24、內(nèi)導(dǎo)體23、等離子保持器1得到更好的保護(hù)，避免了外界對(duì)這些敏感部件的污染、腐蝕以及干擾。

在一些情況下，冷卻裝置5還可以包括水冷環(huán)路(附圖未示出)，該水冷環(huán)路可以借鑒現(xiàn)有的紫外光源冷卻技術(shù)，環(huán)繞設(shè)置在真空接口31附近或嵌入真空接口31內(nèi)。這樣可以起到進(jìn)一步降低等離子保持器1溫度的效果。

在一些實(shí)施例中，如圖19所示，固定部件32可以設(shè)置有流體出口33，以便于冷卻裝置5輸出的流體冷卻等離子保持器1后快速流出到外界環(huán)境；當(dāng)然，流體出口33可以外接抽取流體的泵類，以增加流體的流出速度，以及更好引導(dǎo)流體流出到外界，使得固定部件32內(nèi)部的流體流向有規(guī)律，避免對(duì)電場(chǎng)的聚焦造成不必要的影響。圖19僅是流體出口33設(shè)置的1種方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是流體出口33既可以是1個(gè)也可以是多個(gè)，其可以設(shè)置在固定部件33的其他位置(如側(cè)邊)。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖26、圖27或圖28所示，所述固定部件32包括環(huán)形狹縫34，所述環(huán)形狹縫34連通所述固定部件32內(nèi)部的中空區(qū)域，所述環(huán)形狹縫34包括與外界輸氣設(shè)備相連的狹縫入口35。所述流體出口33設(shè)置于所述環(huán)形狹縫34的上方。環(huán)形狹縫34保證了流體在固定部件32內(nèi)流動(dòng)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步降低了流體的流動(dòng)對(duì)于固定部件內(nèi)部的射頻電場(chǎng)聚焦的干擾。圖27是在另一種等離子保持器1的形態(tài)下，采用環(huán)形狹縫34設(shè)計(jì)的截面機(jī)構(gòu)圖，此時(shí)環(huán)形狹縫34一側(cè)的截面呈“G”字形。圖28是另外一些實(shí)施例中，環(huán)形狹縫34的結(jié)構(gòu)示意圖。狹縫入口35可以對(duì)接各種外界的輸氣設(shè)備(也以對(duì)接流體輸出端51)，由輸氣設(shè)備輸入冷氣或常溫空氣，通過環(huán)形狹縫流出，以對(duì)等離子保持器進(jìn)行風(fēng)冷。環(huán)形狹縫34的風(fēng)冷，配合流體通道234的流體冷卻，使得等離子保持器的表面溫度差進(jìn)一步降低，為等離子的產(chǎn)生保證了環(huán)境的溫度的穩(wěn)定性。

圖18～圖22，以及圖26～圖28中的虛線箭頭，表示流體的流動(dòng)方向。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)合圖9和圖11，所述光傳導(dǎo)部11包括窄通道111，所述窄通道111內(nèi)徑D₁為0.5～15mm；所述等離子保持器1位于所述能量聚焦范圍25內(nèi)的部分，其厚度為0.2～4mm。窄通道內(nèi)徑D₁較小，使得流經(jīng)窄通道111的氣體流量和流速易于控制，從而形成并保持等離子產(chǎn)生的氣壓條件，而窄通道111和真空腔體4之間由于氣壓差較大，使得真空腔體4內(nèi)氣體參數(shù)不符合等離子產(chǎn)生的條件，避免了等離子對(duì)外部科研儀器端口的腐蝕，當(dāng)然也避免了大量等離子體進(jìn)入真空腔體4的情況的發(fā)生。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述等離子保持器1還包括與所述光傳導(dǎo)部11連接的封閉部13，所述封閉部13位于所述射頻電場(chǎng)聚焦器2的能量聚焦范圍25 內(nèi)。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，等離子主要產(chǎn)生在封閉部13內(nèi)，封閉部13的設(shè)計(jì)是出于氣壓穩(wěn)定性的考慮，使得等離子的產(chǎn)生所需要的氣壓更加穩(wěn)定而且容易控制。封閉部13可以按需求做成各種容積，大容積的情況下可以容納更多發(fā)光氣體，有助于提高光通量。封閉部13的形狀不作特別限制，可以是球體狀(如圖11所示)、柱體狀(如圖13所示)、多邊體狀(如圖12所示)等。封閉部13可以伸進(jìn)內(nèi)導(dǎo)體23內(nèi)部(如圖5所示)，也可以位于內(nèi)導(dǎo)體23外(如圖9所示)，當(dāng)然也可以穿過內(nèi)導(dǎo)體23(如圖8所示)。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖10、圖18所示，所述封閉部13呈橢球形，其短軸方向內(nèi)徑D₂為2～20mm，長(zhǎng)軸方向內(nèi)徑D₃為5～30mm；所述內(nèi)導(dǎo)體23呈柱狀，所述流體通道234貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體23的上端232以及下端233；所述流體包括干燥的空氣。流體采用干燥的空氣，其優(yōu)點(diǎn)之一是可以降低采用流體的成本，優(yōu)點(diǎn)之二是方便利用現(xiàn)成的冷卻裝置5(如空氣壓縮泵)。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述封閉部13的厚度為0.2～4mm，較小的厚度降低了射頻電場(chǎng)能量從外進(jìn)入封閉部13時(shí)的損耗。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖11所示，所述進(jìn)氣口12設(shè)置于所述光傳導(dǎo)部11一側(cè)，進(jìn)氣口氣壓為10^-3～10mbar，進(jìn)氣口的氣體流量為0.05～20sccm；該優(yōu)選實(shí)施方式配合等離子保持器封閉部13的設(shè)計(jì)，使得紫外光發(fā)光效率處于較高的級(jí)別，可以達(dá)到10¹⁸photons/(Sr*S)以上。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖8所示，所述等離子保持器1貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體23，所述進(jìn)氣口12設(shè)置于所述等離子保持器1的尾部。這樣的設(shè)計(jì)使得等離子保持器1易于制造，而且使得進(jìn)氣口12更容易對(duì)接進(jìn)氣裝置，相比于進(jìn)氣口12設(shè)置于光傳導(dǎo)部11一側(cè)的情況，避免了密封不嚴(yán)的情況。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖8、圖22所示結(jié)構(gòu)，所述等離子保持器1與所述內(nèi)導(dǎo)體23的間距為0.1～5mm，所述等離子保持器1內(nèi)徑為0.5～15mm，厚度為0.2～4mm；所述內(nèi)導(dǎo)體23呈柱狀，所述流體通道234貫穿所述內(nèi)導(dǎo)體23的上端232以及下端233，且處于所述等離子保持器1外側(cè)以及所述內(nèi)電極面231之間；所述流體包括干燥的空氣。

需要指出的是，流體通道234不能設(shè)置在內(nèi)電極面231和外電極面241之間，即內(nèi)電極面231以及外電極面241之間的區(qū)域不應(yīng)有大量流體經(jīng)過，否則會(huì)對(duì)射頻電場(chǎng)聚焦器2產(chǎn)生的高密度電場(chǎng)造成嚴(yán)重干擾，影響整個(gè)裝置的性能。由此可見，本實(shí)用新型流體通道234位置的選取以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定講究，并非輕易聯(lián)想所得。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，L₁取值為4mm，L₂取值為45mm，H₁取值為12mm，H₂取值為50mm，射頻源21輸入頻率為650MHz，結(jié)合圖9的結(jié)構(gòu)，等離子保持器1與內(nèi)導(dǎo)體23頂部的距離為5mm，可以實(shí)現(xiàn)10¹⁸photons/(Sr*S)級(jí)別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實(shí)施例中，采用圖26的結(jié)構(gòu)，L₁＝1mm，L₁＝4mm，H₁＝4mm，H₂＝15mm，射頻源21輸入頻率為433MHz，等離子保持器1與內(nèi)導(dǎo)體23頂部的距離為5mm，D₁＝0.5mm，D₂＝2mm，D₃＝5mm，進(jìn)氣口12采用10^-3mbar、0.05～20sccm的進(jìn)氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為0.2mm，可以實(shí)現(xiàn)10¹⁸photons/(Sr*S)級(jí)別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實(shí)施例中，采用圖26的結(jié)構(gòu)，L₁＝1mm，L₁＝4mm，H₁＝4mm，H₂＝15mm，射頻源21輸入頻率為433MHz，等離子保持器1與內(nèi)導(dǎo)體23頂部的距離為5mm，D₁＝0.5mm，D₂＝2mm，D₃＝5mm，進(jìn)氣口12采用10^-3mbar、0.05sccm的進(jìn)氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為0.2mm，可以實(shí)現(xiàn)10¹⁸photons/(Sr*S)級(jí)別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實(shí)施例中，采用圖26的結(jié)構(gòu)，L₁＝15mm，L₁＝30mm，H₁＝50mm，H₂＝100mm，射頻源21輸入頻率為915MHz，等離子保持器1與內(nèi)導(dǎo)體23頂部的距離為7mm，D₁＝15mm，D₂＝20mm，D₃＝30mm，進(jìn)氣口12采用10mbar、20sccm的進(jìn)氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為4mm，可以實(shí)現(xiàn)10¹⁸photons/(Sr*S)級(jí)別紫外光輸出。

上述列舉的各種實(shí)施方式，在不矛盾的前提下，可以相互組合實(shí)施。

上述各種實(shí)施方式列舉的關(guān)于射頻電場(chǎng)聚焦器、等離子保持器的尺寸參數(shù)，僅從實(shí)用、小巧、輕質(zhì)的方面綜合考慮進(jìn)行選取，當(dāng)然本實(shí)用新型所述的紫外光源裝置的各部件也可以根據(jù)實(shí)際需要而選取其他尺寸。

需要指出的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、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)。