CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

朗缪尔探针诊断脉冲激光锡等离子体特性

激光作用锡靶等离子体极紫外光转换效率与等离子体特性密切相关。为了对等离子体特性进行诊断,设计了一种用于激光等离子体诊断的朗缪尔探针,取得了不同激光能量下产生的锡等离子体电子温度与电子密度的时间演化。结果表明,能量为58.1mJ的激光产生的等离子体峰值电子密度约为4.5×1011cm-3,最大电子温度为16.5eV,均随激光能量减少而降低,与发射光谱法所测的电子温度演化趋势一致。该研究为激光等离子体极紫外光源提供了一种新的简单快速诊断方法,有利于对激光等离子体的极紫外光源的参量进行优化。     

激光对毛细管放电三束等离子体极紫外耦合光源的作用

极紫外光刻技术(EUVL)利用波长为13.5 nm的极紫外(EUV)光源,可以轻松突破30 nm技术节点而实现大规模工业生产。毛细管放电直接将电能转换成等离子体的极紫外辐射能,具有较高的能量转换效率。毛细管放电三束等离子体极紫外耦合光源利用激光等离子体(LPP)的热膨胀力与三束等离子体所受的洛仑兹力相互作用,耦合出较大面积的极紫外辐射区,从而在满足用光要求的前提下大幅度地降低毛细管放电的重复频率,有利于光刻生产。在实现三对电极同时放电以及放电与激光同步触发的基础上,探讨了激光对耦合光源所起的作用。实验发现位置耦合对极紫外光源的影响很小,激光等离子体引起的动力耦合成为问题的关键,有待于逐步解决。     

毛细管内径对Xe 气放电极紫外光源的影响

极紫外光源功率是影响光源使用的关键参数,研究放电等离子体EUV 光源等离子体时间特性,优化放电结构和光源功率具有重要意义。理论上计算了不同内径毛细管内等离子体压缩过程和收集效率,实验上采用极紫外探测器测量了毛细管内径对Xe 气极紫外光源13.5 nm(2%带宽)辐射输出时间特性的影响,分析了毛细管内径对等离子状态的影响。结合该系统光学收集系统设计参数、不同内径毛细管收集效率和极紫外探测器信号强度,给出了不同内径毛细管中间焦点处13.5 nm(2%带宽)光功率比。结果表明:气压7 Pa、电流28 kA 时,毛细管内径7mm 条件下,光源中间焦点处光功率最优化。     

脉冲Nd:YAG激光诱导水滴等离子体的实验研究

为了研究激光诱导液滴等离子体特性,基于脉冲激光与液滴的同步作用,采用直接成像法和阴影法研究了液滴等离子体羽辉膨胀特性及激光作用液滴的运动情况。首先采用增强型电荷耦合器件直接成像法,研究了水滴等离子体的羽辉随时间的演化;其次利用阴影法研究激光作用水滴的阴影图像的演化,观察到激光作用水滴产生的冲击波及液滴团簇的变化,分析计算了冲击波膨胀距离随时间的变化和膨胀速度。结果表明,激光诱导水滴等离子体的膨胀形状近似为椭圆,其中沿激光入射方向的一侧辐射强度较高;100ns内等离子体的膨胀变化近似为线性膨胀,100ns后膨胀趋于稳定;冲击波膨胀半径随时间线性增长,冲击波的膨胀速率约为90m/s。此研究结果可为激光诱导液滴实验提供一定的参考依据。     

CO2与Nd:YAG脉冲激光锡等离子体羽辉膨胀特性的研究

为了研究激光光源对极紫外(EUV)等离子体碎屑的影响,采用脉冲Nd:YAG激光与CO2激光激发Sn产生等离子体,基于直接成像法,研究了等离子体羽辉在低气压中的膨胀特性。通过确定等离子体边界,计算出各个角度的等离子体羽辉膨胀边界随时间的变化规律,以及运动动能随运动路径的变化规律。结果表明,气压为10Pa时,在相同激光能量密度(2.5106mJ/cm2)的条件下,CO2脉冲激光作用锡靶产生EUV的等离子体动能小于Nd:YAG脉冲激光作用锡靶产生的等离子体动能;在减缓离子碎屑的研究中,CO2脉冲激光作为EUV的产生光源要优于Nd:YAG脉冲激光。这一结果对研究激光等离子体的应用是有帮助的。     

基于阴影法的脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉膨胀特性研究

基于阴影法测量了脉冲CO2激光Sn等离子体羽辉在缓冲气体中的膨胀特性,得到了羽辉边界位置及其等离子体碎屑动能随延时的变化规律,并利用修正的阻力扩散模型拟合了实验数据。研究表明,在入射激光脉冲能量为400mJ,脉冲半峰全宽为75ns,缓冲空气气压为1000Pa时,初期(延时小于100ns)Sn等离子体羽辉边界的膨胀速度可以达到3cm/μs,随着延时的增加,由于背景气体分子的热碰撞阻力作用,羽辉粒子的速度急剧下降,后期(延时大于800ns)羽辉碎屑离子膨胀速度降到了0.3cm/μs。修正的阻力扩散模型拟合的结果表明等离子体羽辉膨胀的极限尺寸xst=15.2mm,实验测试结果表明,羽辉碎屑粒子运动的极限距离约为16mm,理论模型与实验结果吻合较好。     

CO2激光诱导液滴射流等离子体的实验研究

为了研究激光诱导射流等离子体特性,了解激光诱导液滴等离子体的发展过程,基于脉冲激光-液滴同步作用系统,采用阴影法,观测了激光作用液滴的阴影图像,取得了液滴在CO2脉冲激光作用下的演化过程数据。对图像进行处理获得了激光诱导液滴等离子体冲击波膨胀范围随时间的变化,并估算出了产生冲击波的激光能量。结果表明,空气冲击波的膨胀半径在当前观测时间范围内线性膨胀,约32%的激光能量用于产生冲击波。空气冲击波的变化规律对激光诱导液态燃料点火的研究提供了一定的参考依据。     

激光诱导放电加工中的延时放电现象实验研究

本文研究在空气中使用1.06μm YAG激光在毫米量级上触发和诱导放电的现象。比较了有、无激光触发的U50，在不同的延时下测量U50和击穿时间，研究不同延时下等离子体的触发和诱导放电能力，并分析了激光诱导放电加工的优点。     

不同激光参数下煤粉颗粒流等离子体特性分析

针对激光诱导击穿光谱技术应用于煤粉颗粒流成分的直接检测, 研究不同激光光源参数对煤粉颗粒流等离子体特性的影响,以优化煤粉颗粒流检测时的激光波长、能量等光源参数。选取电厂常用燃煤神木混作为实验对象,经碾磨后得到粒径小于0.2 mm的样品,利用绞笼式给粉机产生稳定煤粉流。研究分析不同激光波长下等离子体温度、电子密度以及特征谱线强度等特性随激光能量的变化趋势。研究结果表明,在不同波长激光作用下,煤粉颗粒流的等离子体温度、电子密度和特征谱线绝对强度随激光能量在一定范围内的变化趋势基本一致,但在激光波长为1064nm 条件下,随着激光能量的增加,这些特性参数增加的速度要比532nm时更快,这主要是由于短波长（532 nm）的光子效率更高,在较低的能量条件下,就会达到饱和状态。     

真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析

激光清除空间碎片利用的是高能脉冲激光烧蚀固体靶材的冲量耦合效应,对于空间碎片来说,激光辐照下的反冲冲量取决于碎片等离子体羽流的喷射过程,并且会随着激光辐照方向的变化而变化。因此,有必要研究空间碎片激光辐照下的等离子体羽流特性。针对等离子体羽流的流场超高速、瞬态、强自发光背景、小尺度的技术难点,采用纳秒级曝光、多幅照片精确拼接技术,采用高速相机和激光器同步时序控制技术,实现纳秒级时间分辨率、亚微米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,实验获得典型碎片材料等离子体羽流演化特性,以及不同激光入射角度下的等离子体羽流演化过程,实验结果可揭示反喷冲量形成规律。     

长脉冲紫外预电离TE CO2激光器

研制了一台增益体积为1.17 L的长脉冲紫外预电离TE CO2激光器。基于Pulser/sustainer技术,设计了独立可控的双高压开关抽运电路。在激光混合气体比CO2∶N2∶He=1∶2.5∶13,总气压30 kPa时,以6 nF的Pulser电容控制100 nF的Sustainer电容,获得稳定的辉光放电,激光比注入能量达1.607 J/(kPa.L),其中,Pulser能量不到全部注入能量的5%。另外,在保持Sustainer总电容100 nF不变的情况下,设计了两种脉冲宽度略有不同的Sustainer电路,均获得了稳定的辉光放电,实验测量了放电电压、放电电流与输出激光脉冲波形,并分析了Sustainer放电的阻抗特点。激光器采用“Z”形折叠腔结构,输出激光脉冲宽度达20μs,电光转换效率超过12.0%,最大脉冲能量为6.5 J。     

环形激光陀螺放电管电学特性研究

激光陀螺通常采用高压直流来提供泵浦。放电管的负阻特性会引起稳流回路的不稳定或震荡。为了优化放电环路，研究了放电管的阻抗特性。测量了不同放电电流下的管压降，通过多项式拟合得到了放电管的伏安特性曲线。由于微变阻抗直接决定了环路的稳定性，重点分析了微变阻抗随着电流的变化规律。研究可以为镇流电阻的选择和放电环路的优化设计提供参考，可以降低功耗并提高电路的可靠性。多样本测试表明文中的结论具有普遍适用性。     

Simultaneous emission of the HF and N2 lines from aplasma cathode TEA laser

Simultaneous laser action from HF and N₂ is obtained, from a plasma cathode TEA laser, for the first time. The sliding discharge along the surface of a dielectric is used as a plasma cathode, for the main volumetric discharge. The laser operates at atmospheric pressure, with a gas mixture of SF₆:C₃H₈:N₂:He. For a typical flow rate ratio of 0.27:0.024:0.2:19.8 1 min^-1, it produces simultaneously 160 mJ HF and 0.6 mJ N₂ laser outputs at 0.43% and 1.4×10^-3% efficiencies respectively, at the moderate charging voltage of 28.5 kV. These output characteristics are obtained from a small active discharge volume and length of 10⁶ cm³ and 38 cm respectively. These values extend the performance, recently reported in the literature, of a sliding discharge HF/N₂ laser with corresponding simultaneous energy outputs of 12 mJ HF and 1.1 mJ N₂, to a higher energy output level, thus making the device suitable for a broader range of applications. This novel dual wavelength HF/N₂ laser system presented, can be particularly convenient for medical experiments, where the IR beam can be used for tissue ablation, while the UV beam can be used as the excitation source for fluorescence spectroscopic measurements, for the evaluation of the ablation process. Details are presented on the dependence of the laser performance parameters, such as output energy, discharge voltage and current and structure of the laser output pulses on the mixture composition and the circuit parameters     

激光等离子体和气体放电EUV光刻光源

对激光等离子体和气体放电两种EUV光刻光源的发展状况进行了详细介绍,分析了各种激光条件和放电方式的特点及所面临的主要问题,对各种方案的特点、技术参数进行了对比。气体放电装置较高能激光装置结构简单、价格低,故气体放电EUV光源日益受到重视。     

可用于极紫外光刻的三线毛细管的概念设计

极紫外光刻(EUVL)技术是目前193 nm浸没式光刻技术的延伸,有望突破30 nm或更小技术节点而成为下一代光刻(NGL)技术的主流。毛细管放电极紫外(EUV)光源可为极紫外光刻研究提供高效、便捷的光刻源头,但光源的辐射功率较低一直制约着极紫外光刻技术的发展。三线毛细管放电极紫外光源的概念设计与常用毛细管装置有着本质的区别,它们不同的工作机制将使三线毛细管放电产生的环带状等离子体极紫外光源的辐射功率明显高于常用毛细管的情形,最佳收集角也得到相应的提高。三线毛细管概念设计方案的提出不仅从技术上开拓出一片全新的领地,为极紫外光刻研究提供所需的光源,而且从效益上看更适合于大规模工业生产。     

Extreme ultraviolet source radiated from pinch plasma for semiconductor manufacturing

Plasma extreme ultraviolet (EUV) source is regarded as the most promising source of EUV radiation as intensive research is underway over the world. A top priority issue for implementing EUV lithography is to upgrade the EUV power extensively. In the development of Z-pinch plasma EUV source, xenon gas is used for the target. The Z-pinch plasma was driven by pulsed current with an amplitude of 30 kA and pulse duration of 100 ns. Pinhole imaging, EUV spectrograph and an in-band EUV energy monitor were used to characterise the EUV emission from the Z-pinch discharge plasma. In order to improve the conversion efficiency (CE) from input electric energy to EUV radiation, a solid tin rod was also used as target material. The experimental analyses have demonstrated that the CE was as high as 1.5%