本发明涉及一种准分子激光器，具体涉及准分子激光器放电腔气体的检测方法及模块。
背景技术：
：准分子激光器是紫外波段重要的激光器件，依靠受激混合气体形成的分子向基态跃迁产生激光，混合气体一般由惰性气体和卤素气体组成，如氩气(ar)和氟气(f2)、氪气(kr)和氟气、氙气(xe)和氯气(cl2)等。氟、氯等卤素介质对大多数材料都具有极强的腐蚀性，会引起放电腔内零部件在使用过程中发生腐蚀，并与si、c、h、o等元素反应生成有害气态产物。研究表明，10ppm量级的hf、o2、cf4等有害气体即显著影响激光的输出功率。因此，尽量低的有害气体含量是保证激光器正常、高效运行的重要前提。钝化处理是准分子激光器运行前的重要工艺步骤，它的目的就是为了减少零部件装配后放电腔内的有害成分。通过在放电腔内通入稀有气体和卤素气体，并辅助一定频率的放电，使各零部件的表面物质与卤素介质充分反应，消除零部件表面的污染物，并生成稳定的卤化物保护层。但是，由于钝化工艺过程受众多因素影响，目前尚未实现对钝化工艺的预测分析，激光器放电腔钝化是否完成仍需要依靠经验判断。由此造成的问题是，放电腔可能钝化过度或是不足。钝化过度会造成时间及能源的浪费，而钝化不足时，放电腔运行过程会生成大量的有害气体，影响激光器的输出性能，严重时需要重新钝化。同时，激光器运行或放置过程中，各零部件材料内的杂质元素也会与卤素介质反应，生成有害气体，导致激光器运行过程的能量不断下降。因此激光器使用一段时间后或长期放置后也需要更换工作气体。但是目前针对这一问题也没有实现激光器运行前的预测分析。一般需要当激光器的放电过程稳定后检测其输出能量，如能量不能满足要求则更换工作气体。这也在很大程度上造成了时间和能源的浪费。目前，研究者已经在实验装置上对激光器放电腔内的气体成分及其生成规律进行了研究，已明确了主要有害元素及产生危害的数量级，提出了放电腔零部件材料成分的要求。但是目前这些结果尚未作为检测模块应用到激光器的运行过程中。同时，由于卤素介质具有极强的腐蚀性，且激光器运行压力远高于大气压，并不能直接将上述研究中所使用的多种设备连接到放电腔，否则会造成设备的损坏，卤素介质也会与气体通道内的物质反应生成不必要的杂质，影响检测结果。因此，如何能够明确激光器放电腔的钝化进程是否结束、激光器运行时是否需要更换工作气体，避免因为有害气体成分的存在影响激光器的输出能量及其稳定性，造成时间与能源的浪费，是现有技术中亟待解决的问题。技术实现要素：本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提出一种准分子激光器放电腔气体成分的检测方法及模块。作为本发明的一个方面，本发明提出了一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，该检测模块包括：一种准分子激光器放电腔气体的检测模块，其特征在于：包括进气管，进气电磁阀，气体室，压力检测器，质谱分析仪，计算机，真空泵，真空管道电磁阀，卤素气体处理器，惰性气体管道和惰性气体电磁阀；进气管上设置有进气电磁阀，并与气体室连通；压力检测器以及质谱分析仪分别通过管路与气体室连通；真空泵通过管路依次与卤素气体处理器、气体室连通，并在气体室与卤素气体处理器之间的管路上设置真空管道电磁阀；惰性气体管道上设置有惰性气体电磁阀，并与气体室连通；进气电磁阀、压力检测器、质谱分析仪、真空泵、真空管道电磁阀、卤素气体处理器和惰性气体电磁阀均与计算机通讯连接。作为本发明进一步的改进，与检测气体直接接触的所述管路、进气管、进气电磁阀、气体室、真空管道电磁阀、惰性气体管道、惰性气体电磁阀均使用强耐腐蚀性的材料并在使用前进行充分的钝化处理。使用强耐腐蚀性的材料以及在使用前进行充分的钝化处理，能够减少卤素介质与检测模块的反应，避免生成有害杂质影响检测结果。所述强耐腐蚀性的材料为耐卤素介质腐蚀的材料，例如表面采取镀镍处理的金属或全氟橡胶材料。并且由于采用防卤素腐蚀材料及小气室，需要的检测气体总量少，产生的杂质气体少，对激光器的影响小。作为本发明的另外一个方面，本发明提出了一种使用上述检测模块对准分子激光器放电腔钝化过程气体进行检测的方法，该方法包括：初始化，对检测模块进行参数初始化，使得检测次数i＝0，数值组数值＝0；初始检测，对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；钝化，令激光器继续钝化设定数量的脉冲；检测，再次对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；比较，计算数值组i与数值组i-1的气体成分的差值，并将各气体成分的差值与阈值进行比较；如果均小于或等于阈值，钝化结束，否则，重复钝化、检测和比较步骤；其中，阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。作为本发明进一步的改进，本发明提出了一种使用上述检测模块对准分子激光器放电腔钝化过程气体进行检测的方法，该方法包括：1)打开计算机，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组数值＝0；2)开启进气电磁阀，令激光器放电腔内的气体通过进气管充入气体室，当压力检测器上显示待检测气体压强达到一个大气压时关闭进气电磁阀；3)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤多次，例如3次；5)计算机分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；6)令激光器继续钝化设定数量脉冲，例如104，再次开启进气电磁阀，充入一个大气压待检测气体；7)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；8)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤多次，例如3次；9)计算机分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；10)计算数值组i与数值组i-1的各气体含量的差值，将各气体含量的差值与对应的阈值进行比较；当存在至少一种气体的含量的差值大于对应的阈值，计算机显示需要继续钝化，重复步骤6)至步骤10)进行第i+1组的测试；当各气体的含量的差值均小于或等于对应的阈值，计算机显示钝化已完成；其中，所述阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。作为本发明的另外一个方面，本发明提出了一种使用前述的检测模块对准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体的进行检测的方法，该方法包括：初始化，对检测模块进行参数初始化，使得检测次数i＝0，数值组数值＝0；检测，对激光器放电腔内的气体成分进行检测并记录检测次数i＝i+1，将检测结果记录到数值组i；比较，比较数值组i中各气体成分的含量与对应的不产生严重危害的含量阈值；当数值组i中各气体的含量均小于对应的含量阈值，输出气体成分结果，检测结束，否则输出气体成分结果并提醒更换气体；其中，各气体不产生严重危害的含量阈值是在激光器运行过程中取得的经验值。作为本发明进一步的改进，本发明提出了一种使用前述检测模块对准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体进行检测的方法，该方法包括：1)打开计算机，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组数值＝0；2)开启进气电磁阀，令激光器放电腔内的气体通过进气管充入气体室，当压力检测器上显示待检测气体压强达到一个大气压关闭进气电磁阀；3)开启质谱分析仪对气体室内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵和真空管道电磁阀对气体室抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤多次，例如3次；5)计算机分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；比较数值组i中各气体的含量与气体不产生严重危害的含量阈值，当数值组i中各气体的含量均小于对应的含量阈值，计算机显示气体成分、检测结束，否则显示气体成分并提醒需要更换气体；其中，各气体不产生严重危害的含量阈值是在激光器运行过程中取得的经验值。由于有害气体的存在会显著降低激光器输出能量及稳定性，因此激光器放电腔装配后需进行钝化处理，在运行过程需更换工作气体。但是目前钝化是否完全很大程度上需要依靠经验判断，是否更换气体需要开机运行后通过能量检测确定，在很大程度上浪费了时间与能源。采用本发明提出的方案，在准分子激光器上增设气体检测模块，实现在激光器在钝化/运行过程的放电腔气体检测，具有如下优势：1)通过检测放电腔钝化过程的气体，并与间隔一定脉冲数量的气体成分对比(钝化过程)，通过量化的方式明确激光器是否钝化完全，避免因为有害气体成分的存在影响激光器的输出能量及其稳定性，减少不必要的时间及能源浪费，有利于激光器钝化过程的规范，提高钝化的效率和运行效果。2)通过在运行前检测放电腔的气体，可以明确开启激光器前工作气体成分是否符合要求，有效提高激光器运行前准备过程的效率和效果，并且通过分析气体的成分及含量，明确对放电腔内材料的要求及材料优化方向。3)可以在激光器钝化过程、运行过程实现气体的检测，与产生严重危害的气体阈值对比(运行前/运行过程)，确定放电腔的钝化进程是否结束或运行时是否需要更换工作气体。并且由于采用防卤素腐蚀材料及小气室，需要的检测气体总量少，产生的杂质气体少，对激光器的影响小。4)可以检测激光器出现能量波动时的气体，对查找激光器能量波动的原因起重要辅助作用。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为准分子激光器放电腔气体检测模块的示意图；图2为准分子激光器放电腔钝化过程气体检测的流程图；图3为准分子激光器放电腔运行前/运行过程中气体检测的流程图；1、进气管，2、进气电磁阀，3、气体室，4、压力检测器，5、质谱分析仪，6、计算机，7、真空泵，8、真空管道电磁阀，9、卤素气体处理器，10、惰性气体管道，11、惰性气体电磁阀。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。图1为本发明的准分子激光器放电腔气体的检测模块，该检测模块包括进气管1，进气电磁阀2，气体室3，压力检测器4，质谱分析仪5，计算机6，真空泵7，真空管道电磁阀8，卤素气体处理器9，惰性气体管道10和惰性气体电磁阀11；进气管1上设置有进气电磁阀2，并与气体室3连通；压力检测器4以及质谱分析仪5分别通过管路与气体室3连通；真空泵7通过管路依次与卤素气体处理器9、气体室3连通，在气体室3与卤素气体处理器9之间的管路上设置真空管道电磁阀8；惰性气体管道10上设置有惰性气体电磁阀11，并与气体室3连通；进气电磁阀2、压力检测器4、质谱分析仪5、真空泵7、真空管道电磁阀8、卤素气体处理器9和惰性气体电磁阀11均与计算机6通讯连接。与检测气体直接接触的进气管，进气电磁阀，气体室，压力检测器，质谱分析仪的管路，真空管道电磁阀，惰性气体管道和惰性气体电磁阀均使用强耐腐蚀性的材料并在使用前进行充分的钝化处理。所述强耐腐蚀性的材料为耐卤素介质腐蚀的材料，例如表面采取镀镍处理的金属或全氟橡胶材料。图2为本发明其中一种准分子激光器放电腔钝化过程气体的检测方法的流程示意图。该检测方法包括：1)打开计算机6，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组(也即为数组)数值＝0；2)开启进气电磁阀2，令激光器放电腔内的气体通过进气管1充入气体室3，当压力检测器4上显示待检测气体压强达到一个大气压时关闭进气电磁阀2；3)开启质谱分析仪5对气体室3内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵7和真空管道电磁阀8对气体室抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀11充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤3次；5)计算机6分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；6)令激光器继续钝化104脉冲，再次开启进气电磁阀2，充入一个大气压待检测气体；7)开启质谱分析仪5对气体室3内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；8)开启真空泵7和真空管道电磁阀8对气体室3抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀11充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤3次；9)计算机6分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；10)计算数值组i与数值组i-1的各气体含量的差值，将各气体含量的差值与对应的阈值进行比较；当存在至少一种气体的含量的差值大于对应的阈值，计算机显示需要继续钝化，重复步骤6)至步骤10)进行第i+1组的测试；当各气体的含量的差值均小于或等于对应的阈值，计算机显示钝化已完成；其中，所述阈值是在钝化过程中取得的经过一定数量脉冲的气体成分差异的经验值。图3为本发明一种在准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体的检测方法的流程示意图。一种在准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体的检测方法，该方法包括：1)打开计算机6，开启检测模块，自动进行参数初始化，检测次数i＝0，数值组(也即为数组)数值＝0；2)开启进气电磁阀2，令激光器放电腔内的气体通过进气管1充入气体室3，当压力检测器4上显示待检测气体压强达到一个大气压关闭进气电磁阀2；3)开启质谱分析仪5对气体室3内的气体成分进行检测，并记录检测次数i＝i+1；4)开启真空泵7和真空管道电磁阀8对气体室3抽真空至1pa，再开启惰性气体电磁阀11充入惰性气体10pa至0.1mpa；重复该步骤多次，例如3次；5)计算机6分析质谱检测结果，并记录各气体的含量到数值组i；比较数值组i中各气体的含量与气体不产生严重危害的含量阈值，当数值组i中各气体的含量均小于对应的含量阈值，计算机显示气体成分、检测结束，否则显示气体成分并提醒需要更换气体；其中，各气体不产生严重危害的含量阈值是在激光器运行过程中取得的经验值。实施例1以arf准分子激光器为例进一步做具体说明，其中放电腔主要包括典型的铜合金电极、铝合金腔壁和叶轮、氧化铝陶瓷辅助件。使用本发明的准分子激光器放电腔钝化过程气体的检测方法，对arf准分子激光器的放电腔钝化中的气体进行检测，结果如下：下表(表1)为不同检测次数所检测的气体含量值(以ppm计，即10-6)。o2含量co2含量hf含量sif4含量cf4含量n2含量i＝10.50.712.45.410.8<d.l.i＝20.70.916.99.414.20.2…………………i＝n-21.11.423.318.218.60.4i＝n-11.21.425.919.619.90.4i＝n1.21.526.420.421.20.5其中，d.l.指设备的检测限，n为检测结束时的检测次数。在本实施例中o2、co2、hf、sif4气体的差值阈值为2ppm，cf4、n2气体的差值阈值为5ppm。从表1中可计算得出，在检测次数i为n-1前，此时数值组(n-1)与数值组(n-2)的差值不满足每种气体的含量差值均小于对应的阈值，例如检测次数i为n-1时，数值组(n-1)与数值组(n-2)的差值中hf含量差值(2.6ppm)大于其差值阈值(2ppm)；而第n次时，此时数值组(n)与数值组(n-1)的差值满足每种气体的含量差值均小于对应的阈值，钝化结束。实施例2以arf准分子激光器为例进一步做具体说明，其中放电腔主要包括典型的铜合金电极、铝合金腔壁和叶轮、氧化铝陶瓷辅助件。使用本发明的准分子激光器运行前/运行过程中放电腔气体的检测方法，对arf准分子激光器的运行前/运行过程中放点腔的气体进行检测，结果如下：下表(表2)为不同检测次数所检测的气体含量值(以ppm计，即10-6)。o2含量co2含量hf含量sif4含量cf4含量n2含量i＝1<d.l.0.67.0<d.l.0.3<d.l.i＝23.50.810.23.82.1<d.l.…………………i＝n-211.10.716.28.37.80.2i＝n-112.30.719.89.49.40.2i＝n12.70.821.410.19.70.4其中，d.l.指设备的检测限，n为检测结束时的检测次数。在本实施例中o2、co2、hf、sif4气体的不产生严重危害的含量阈值为20ppm，cf4、n2气体的不产生严重危害的含量阈值为60ppm。从表2中可得出，在检测次数i为n-1前，此时数值组(n-1)的每种气体的含量值均小于对应的含量阈值，此时计算机显示气体成分、检测结束；而第n次时，此时数值组(n)中hf的含量值(21.4ppm)大于其不产生严重危害的含量阈值(20ppm)，此时显示气体成分并提醒需要更换气体。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12