湍流稳定的放电管

1.本发明涉及极紫外光刻技术领域，具体提供一种用于射频放电轴流激光器或放大器的湍流稳定的放电管。


背景技术：

2.射频轴流co2激光器或放大器广泛应用于激光加工和lpp-euv光刻等领域，射频轴流co2激光器相比于直流放电co2激光器具有注入功率高、器件寿命长等优势。射频轴流co2激光器的混合气体首先经过放电管的气体入口进入放电管中，气体存在径向速度和轴向速度，射频放电电极经电源和匹配网络之后将能量注入至放电管的混合气体中，混合气体因射频放电作用形成等离子体和一定密度的自由电子，自由电子与co2分子直接碰撞或与n2分子等间接碰撞，形成反转粒子，即产生了co2激光输出的增益。射频快轴流co2激光器或放大器的放电管结构极大决定了放电时间稳定性和空间稳定性，是射频轴流co2激光器的核心部件。
3.现有的射频快轴流co2激光放电管主要包括气体入口、折转段、放电段、气体出口和放电电极，首先混合气体经气体入口进入至折转段，经折转后气体传输方向与放电管的气流传输方向一致，传输一段距离后进入放电段，放电电极布置在放电段外部，此区域是激光增益区。现有的射频快轴流co2激光放电管因缺乏完善的湍流发生装置导致湍流不充分，湍流强度不均匀，因此造成增益和光束强度均匀性下降，未充分利用放电能力，此外，现有的放电管进气口与折转段为严格垂直结构，在折转段直接吹拂的区域压力较大，气体温升更明显。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述问题，提供了一种湍流稳定的放电管，主要在折转段加入螺旋状湍流发生器对气体产生扰动，快速产生高均匀性、充分的湍流气流，同时对气流具有引导作用。
5.本发明提供的湍流稳定的放电管，包括：折转段、进气管和放电段；
6.折转段的内径为圆形，折转段的内径表面设置有湍流发生器，湍流发生器为螺旋状凸起；
7.进气管设置在靠近折转段的初始端的侧面，进气管沿湍流发生器的螺旋方向且朝向放电段设置，进气管的设置角度与湍流发生器的螺旋角度相同；进气管设置在湍流发生器的相邻两个螺旋状凸起之间；
8.放电段与折转段密闭连接，且放电段的外侧设置有放电电极。
9.优选的，湍流发生器的螺旋状凸起的螺旋角度介于5度至30度之间。
10.优选的，湍流发生器的螺旋状凸起的凸起匝数大于等于1.5圈。
11.优选的，湍流发生器的螺旋内径与放电段内径相同。
12.优选的，折转段与放电段之间存在一段平滑过渡结构。
13.优选的，放电段嵌套于平滑过渡结构内，嵌套处设置有橡胶圈，用于保证气密性。
14.与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
15.本发明使用了螺旋状的湍流发生器，相比于现有的放电管，本发明放电管的混合气体湍流更充分，气体混合更均匀；进气口沿湍流发生器的绕向设置，采用非垂直入射的方式，有效降低了压力损失和温升。
16.本发明的折转段长度短、由利于缩小激光器整机大小，且结构简单，制作成本低。
附图说明
17.图1是背景技术中现有的射频快轴流co2激光放电管的结构简图；
18.图2是根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管的正视图；
19.图3是根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管的俯视图；
20.图4是根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管中的混合气体的示意图；
21.图5是根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管中的结构示意图。
22.其中的附图标记包括：
23.折转段的管壁1、湍流发生器2、混合气体3、进气管4、放电段5、放电电极6、平滑过渡结构7、折转段的初始端8。
具体实施方式
24.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
26.图1示出了背景技术中现有的射频快轴流co2激光放电管的结构。
27.如图1所示，传统的射频快轴流co2激光放电管因缺乏完善的湍流发生装置而湍流不够充分，湍流强度不够均匀，造成增益和光束强度均匀性下降，未充分利用放电能力，且传统的放电管进气口与折转段为严格垂直结构，在折转段直接吹拂的区域气体温升明显。
28.图2示出了根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管的正视结构。
29.图3示出了根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管的俯视结构。
30.图4示出了根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管中的混合气体。
31.图5示出了根据本发明实施例提供的湍流稳定的放电管中的结构示意图。
32.如图2、图3、图4、图5所示，本发明实施例提供的湍流稳定的放电管，包括：折转段、进气管4和放电段5。
33.折转段的内径为圆形，折转段的管壁1采用金属或强度较高的非金属加工而成，折转段的管壁1的内径表面设置有湍流发生器2，湍流发生器2为螺旋状凸起，湍流发生器2的螺旋状凸起可以由圆柱形或长方体螺旋加工而成，或者由模具加工而成。湍流发生器2的螺旋状凸起的螺旋匝数不易过多或过少，过多会增大折转段的距离，造成装置整体的体积增大，同时也会损失一定的气体压力，螺旋匝数过少则会造成湍流发生不足，造成混合气体3
的湍流的充分性和均匀性不达标，在本发明中，螺旋匝数采用1.5圈至3.5圈，湍流发生器2的螺旋状凸起的螺旋角度介于5度至30度之间，折转段的长度略长于结构湍流发生器2的长度，折转段的初始端8也为湍流发生器的螺旋状凸起的初始端，即与混合气体3传输相反的方向，折转段的初始端8一般为盲板结构或是另一放电管折转端的初始端。
34.进气管4设置在靠近折转段的初始端8的侧面，进气管4沿湍流发生器2的螺旋方向且朝向放电段5设置，进气管4的设置角度与湍流发生器2的螺旋角度相同；进气管4设置在湍流发生器2的相邻两个螺旋状凸起之间。
35.放电段5与折转段密闭连接，不同于直流放电的气体激光器的电极在电管内且轴向分布，射频放电激光器的放电电极6设置在放电段5的外侧，放电段5一般采用玻璃管，放电电极6可采用不同形状的放电电极，如使用螺旋形状的放电电极与流场相对应。
36.为了保证混合气体3的流速一致性，进气口4的内径、湍流发生器的螺旋内径和放电段5的内径均相同。由于折转段和放电段的材料不同，内径不同，故折转段与放电段5之间存在一段内壁光滑圆润的平滑过渡结构7，平滑过渡结构7一般为金属材料或硬度较高的非金属材料。为了保证气密性，放电段嵌套于平滑过渡结构7的内部，嵌套处设置有橡胶圈，用于保证气密性。
37.本发明可以运用到各种需射频放电的气体激光器或放大器中，例如hf激光器等。
38.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
39.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。