等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统技术方案

本发明专利技术提出一种等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，包括：第一离轴抛物面镜用于将等离子体光源产生的光信号准直为平行光；第二离轴抛物面镜，第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜呈中心对称设置，以将平行光进行汇聚并形成汇聚点；窄带干涉滤光片设置在汇聚点和第二离轴抛物面镜之间，用于对由第二离轴抛物面镜反射的光信号进行色散，以得到色散后的光信号；图像采集器设置在所述汇聚点以采集等离子体的发光图像。本发明专利技术的系统，结构简单、测量效率高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，包括：第一离轴抛物面镜用于将等离子体光源产生的光信号准直为平行光；第二离轴抛物面镜，第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜呈中心对称设置，以将平行光进行汇聚并形成汇聚点；窄带干涉滤光片设置在汇聚点和第二离轴抛物面镜之间，用于对由第二离轴抛物面镜反射的光信号进行色散，以得到色散后的光信号；图像采集器设置在所述汇聚点以采集等离子体的发光图像。本专利技术的系统，结构简单、测量效率高。【专利说明】等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统
本专利技术涉及光谱
，尤其涉及一种等离子体发射光谱二维空间分布的测量 系统。
技术介绍
等离子体技术广泛应用于表面改性、溅射、沉积等材料处理工艺中。处理结果与等 离子体的状态参数（如电子密度、电子温度、气体温度等）密切相关。为了在材料表面的不 同位置得到相对一致的处理结果，需要控制放电条件使得等离子体的状态参数的空间分布 尽可能地均匀。因此，需要利用各种诊断手段对不同放电条件下的等离子体的状态参数的 空间分布进行诊断，以获得这些状态参数的空间分布与放电参数（如气压、功率等）之间的 规律。目前已有的诊断手段主要包括发射光谱、朗缪尔探针、激光诱发荧光等。 发射光谱法是一种简单有效并且不干扰等离子体自身放电状态的方法。结合测量 的光谱数据和相应的碰撞辐射模型，可以对电子密度、电子温度、活性粒子密度等重要参数 进行诊断。为了了解这些参数的空间分布，需要对等离子体的发射光谱在至少二个空间维 度上的分布进行测量。光栅光谱仪是测量等离子体发射光谱的常用工具，但是光栅光谱仪 只可以得到沿入射狭缝一维方向上各点处的光谱数据。利用光栅光谱仪采集发射光谱的二 维空间分布的效率很低，难以应用在材料处理工艺中。朗缪尔探针是一种简单的电学诊断 技术，但具有以下缺点：探针每次只能采集某一个空间位置的数据，需要移动探针以获得空 间各点的数据；探针插入等离子体内部会对等离子体本身的放电状态造成干扰；朗缪尔探 针通常只能用于低气压条件下；对于材料处理工艺中广泛使用的射频等离子体，需要使用 滤波器以滤除等离子体电位的射频分量，这对滤波器的共振频率和特征阻抗提出了很高的 要求。这些因素都限制了朗缪尔探针应用于对等离子体参数的二维空间分布的诊断。激光 诊断技术可用于准确地测量多项状态参数（如活性粒子密度、电场等），其特点是不干扰等 离子体的放电状态。但是激光器系统的使用和维护较为复杂，激光光路的搭建要求等离子 体腔室有特殊的结构，例如，进行激光诱发荧光测量时要求腔室在三个方向上都有光学窗 口。这使得激光技术也难以应用在材料处理工艺中。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。 为此，本专利技术的目的在于提出一种结构简单、测量效率高的等离子体发射光谱二 维空间分布的测量系统。 为了实现上述目的，本专利技术实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系 统，包括：第一离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜用于将等离子体光源产生的光信号准 直为平行光；第二离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜和所述第二离轴抛物面镜呈中心 对称设置，以将所述平行光进行汇聚并形成汇聚点；窄带干涉滤光片，所述窄带干涉滤光片 设置在所述汇聚点和所述第二离轴抛物面镜之间，用于对由所述第二离轴抛物面镜反射的 光信号进行色散，以得到色散后的光信号；和图像采集器，所述图像采集器设置在所述汇聚 点以采集等离子体的发光图像。 根据本专利技术实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，采用第一离轴 抛物面镜和第二离轴抛物面镜组成离轴抛物面镜组对等离子体源的发射光进行反射，经过 窄带干涉滤光片进行色散，使得一定波长的部分光信号进行透射，并由图像采集器进行空 间各点处的光强，得到等离子体源的发射光在空间各点的光谱。可实现对等离子体源发射 光谱的二维空间分布的测量，可用于监测材料处理工艺中等离子体发射光谱的二维空间分 布，有助于优化等离子体状态参数的空间均匀性从而提高材料处理结果的空间均匀性。 在一些示例中，所述图像采集器为(XD相机或ICXD相机。 在一些示例中，还包括：光学平台，其中，所述第一离轴抛物面镜、所述第二离轴抛 物面镜和所述图像采集器设置在所述光学平台上。 在一些示例中，还包括：旋转台，所述旋转台设置于所述光学平台上，所述旋转台 用于驱动所述窄带干涉滤光片进行旋转以改变光信号在所述窄带干涉滤光片上的入射角 度。 在一些示例中，所述旋转台可手动进行旋转。 在一些示例中，还包括：控制器，所述控制器与所述旋转台相连，所述控制器控制 所 述旋转台进行旋转。 本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。 【专利附图】【附图说明】 图1是根据本专利技术一个实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统的 结构框图； 图2是本专利技术一个实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统的结构 示意图。 【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 图1是根据本专利技术一个实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统的 结构框图。如图1所示，本专利技术实施例的等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，包 括：第一离轴抛物面镜1〇〇、第二离轴抛物面镜200、窄带干涉滤光片300和图像采集器 400。 其中，第一离轴抛物面镜100,用于将等离子体光源产生的光信号准直为平行光。 第二离轴抛物面镜200和第一离轴抛物面镜100呈中心对称设置，以将平行光进行汇聚并 形成汇聚点。窄带干涉滤光片300设置在汇聚点和第二离轴抛物面镜200之间，用于对由 第二离轴抛物面镜200反射的光信号进行色散，以得到色散后的光信号。图像采集器400 设置在汇聚点以采集等离子体的发光图像。 具体地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：旋转台500和光学平台600。第一离轴 抛物面镜100、第二离轴抛物面镜200、窄带干涉滤光片300、图像采集器400和旋转台500 设置在光学平台600上。光学平台600为整个系统提供一个稳定的光学基座。 旋转台500用于驱动窄带干涉滤光片300进行旋转以改变光信号在窄带干涉滤光 片300上的入射角度。本专利技术实施例采用的窄带干涉滤光片300作为色散器件，利用窄带 干涉滤光片的两个性质实现波长扫描，1，窄带干涉滤光片是一种带通滤光片，只允许某一 小段波长内的光信号透射，而其他波长的光几乎无法通过。2,其允许透射的光的波长依赖 于光的入射角麼。窄带干沸滤光片的透射波长与入射角的关系可用以下公式表示： 【权利要求】1. 一种等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，其特征在于，包括： 第一离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜用于将等离子体光源产生的光信号准直为 平行光； 第二离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜和所述第二离轴抛物面镜呈中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统，其特征在于，包括：第一离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜用于将等离子体光源产生的光信号准直为平行光；第二离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜和所述第二离轴抛物面镜呈中心对称设置，以将所述平行光进行汇聚并形成汇聚点；窄带干涉滤光片，所述窄带干涉滤光片设置在所述汇聚点和所述第二离轴抛物面镜之间，用于对由所述第二离轴抛物面镜反射的光信号进行色散，以得到色散后的光信号；和图像采集器，所述图像采集器设置在所述汇聚点以采集等离子体的发光图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文聪，蒲以康，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11