本發(fā)明涉及紫外光源設(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小時以內(nèi)。同時電極之間電場能量密度小(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能量密度分布在整個諧振腔內(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)光效率仍達不到10¹⁷photons/(sr*s)；更重要的一點這種波導(dǎo)型諧振腔的尺寸需要和微波的波長匹配。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)作為激勵源，這類大功率的高頻微波源及配套設(shè)備體積龐大、價格昂貴；

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)需要點火裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)較為復(fù)雜，制造和維護成本高。另一方面，對于較重的氣體，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介質(zhì)管進行冷卻，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)中的冷卻方式會對腔體內(nèi)電場分布有所干擾，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，本發(fā)明披露了一種集成冷卻裝置的高亮度紫外光源，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實施的：

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；所述射頻電場聚焦器為等離子局域場型電場聚焦器，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)部和進氣口；所述等離子保持器至少一部分位于所述射頻電場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，所述進氣口設(shè)置于所述光傳導(dǎo)部一側(cè)，進氣口氣壓為10^-3～10mbar，進氣口的氣體流量為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。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的裝置在局部空間形成高密度的射頻電場(電場強度可以達到10⁷v/m)，可以直接電離激發(fā)等離子，不需要傳統(tǒng)的點火裝置，簡化了系統(tǒng)，提高了實用和穩(wěn)定性；

2、本發(fā)明的主要部件(射頻電場聚焦器和等離子保持器)尺寸小，使得整個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、本發(fā)明所述紫外光源裝置可采用24v的低電壓驅(qū)動射頻輸出，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、通過對射頻電場聚焦器、等離子保持器尺寸參數(shù)、進氣參數(shù)進行合理配置，高頻場激勵可以實現(xiàn)10¹⁸photons/(sr*s)以上級別的紫外光發(fā)光效率，發(fā)出的紫外光能量可以達到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，使得等離子保持器能及時、有效得到冷卻，提高了本發(fā)明的使用壽命，可達到10000小時以上。

附圖說明

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

圖1為射頻電場聚焦器原理圖；

圖2射頻電場聚焦器等效電路圖；

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為一種實施例中，流體出口位置示意圖；

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

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

圖22為圖8實施例中，流體輸出端位置示意圖；

圖23為一種實施例中，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的實施例中，采用環(huán)形狹縫(一側(cè)截面呈“l(fā)”形)以及流體出口的結(jié)構(gòu)示意圖；

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

圖28為另一些實施例中，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，進氣口12，封閉部13；

射頻電場聚焦器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。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明一種基礎(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)人員更好地理解本發(fā)明，這一類的詞語僅表示相對的位置關(guān)系或者方向。

在本發(fā)明的一種具體實施方式中，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；所述射頻電場聚焦器2為等離子局域場型電場聚焦器，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。

本發(fā)明中，紫外光產(chǎn)生及發(fā)射的原理是：通過射頻電場聚焦器2將射頻電場能量高度聚焦，實施者對聚焦范圍內(nèi)至少一個高電場密度的局部空間進行抽真空的處理，隨后將發(fā)光氣體源源不斷輸送到該局部空間，高密度的電場將使發(fā)光氣體電離成等離子體，等離子體對外輻射發(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，可以實現(xiàn)長時間的紫外光輸出；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。

本發(fā)明所述的射頻電場聚焦器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，本發(fā)明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被電離。

本發(fā)明所述的發(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。

本發(fā)明所述密封固定裝置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以及射頻電場聚焦器2的內(nèi)導(dǎo)體23和外導(dǎo)體24。

本發(fā)明所述紫外光源裝置通過真空接口31(如圖8或圖9所示)對接各種外部的科研儀器，對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可對接硅光電二極管、分析器等科研儀器，或者對接樣品、金膜等樣品反應(yīng)容器，從而實現(xiàn)無損原位表面分析等測試或者工作。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。在本具體實施方式中，真空接口31主要包括真空法蘭。

本發(fā)明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，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)置有進氣口12，外部的進氣裝置(進氣裝置為科研領(lǐng)域常用設(shè)備)對接進氣口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，由于對于介質(zhì)管的冷卻效果不佳且會造成腔體內(nèi)的電場分布不穩(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)管將會因為劇烈的氣體發(fā)光反應(yīng)產(chǎn)生的高溫而軟化，甚至被融化)。由于本發(fā)明的結(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發(fā)明。

本發(fā)明的主要創(chuàng)新點在于集成冷卻裝置5，以對等離子保持器1反應(yīng)劇烈處進行快速冷卻，使得等離子保持器內(nèi)可產(chǎn)生更高能量的紫外光。本發(fā)明中的冷卻裝置5輸出的流體對等離子保持器1進行冷卻的同時，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，本發(fā)明的冷卻裝置5實現(xiàn)對等離子保持器1和內(nèi)導(dǎo)體23的快速、有效冷卻，由于冷卻的范圍較小，對射頻電場聚焦器2在能量聚焦范圍25產(chǎn)生的電場干擾極小，大大提高了電場的穩(wěn)定性和聚焦范圍的精確性。

冷卻裝置5在本發(fā)明中的位置關(guān)系，既包括了如圖18～圖21所示的實施例(此時冷卻裝置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個冷卻裝置5可以為1個等離子保持器1提供冷源，也可以為多個等離子保持器5提供冷源；當(dāng)然也可以是多個冷卻裝置5從不同方向為1個等離子保持器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、氮氣、惰性氣體等)；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，可能會使得射頻電場聚焦器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。

本發(fā)明對于冷卻裝置5輸進內(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，為滿足快速有效對等離子保持器1進行降溫，該流體溫度可以根據(jù)實際情況選取比室溫更低的值。在一個實施例中，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)機等，當(dāng)然也可以是此類設(shè)備與氣壓計、流量計等配套而成的裝置。在一些實施例中，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緊密對接，以達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；但在另外一些實施例，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)機將風(fēng)吹進流體通道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)量可以是一個也可以是多個。在一些實施例中，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)。在一些實施例中，流體通道234如圖18、圖20、圖21或圖22所示；在一些實施例中，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的截面長度h1與下極面243的截面長度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)于是電容的兩個電極，而射頻電場就在內(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發(fā)明的保護范圍。外導(dǎo)體24的外電極面241可以是如圖3所示的二級階梯形柱狀金屬面，也可以是如圖7所示的三級階梯形柱狀金屬面，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，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，l1、l2、h1、h2幾個參數(shù)的選取較為困難，本優(yōu)選實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)上可以實現(xiàn)局部空間的電場密度達到10⁷v/m以上，理論上可以達到10⁸v/m，這是實現(xiàn)提高紫外光發(fā)光效率的主要因素，也是發(fā)明人作出主要的創(chuàng)造性貢獻之一。

在一種優(yōu)選實施方式中，h1在10～30mm之間，h2在15～100mm之間。

在一種優(yōu)選實施方式中，l2在15～100mm之間，保證了裝置具有較小體積。

在一種優(yōu)選實施方式中，l1＝l2，使得外導(dǎo)體易于制造。

在一種優(yōu)選實施方式中，h1＜h2，使得被聚焦的電場的密度進一步得到提高。

在一種優(yōu)選實施方式中，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聚焦范圍25內(nèi)的作用即可。

在一種優(yōu)選實施方式中，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，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，避免了外界對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)。這樣可以起到進一步降低等離子保持器1溫度的效果。

在一些實施例中，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，避免對電場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個也可以是多個，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)流動的穩(wěn)定性，進一步降低了流體的流動對于固定部件內(nèi)部的射頻電場聚焦的干擾。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)計的截面機構(gòu)圖，此時環(huán)形狹縫34一側(cè)的截面呈“g”字形。圖28是另外一些實施例中，環(huán)形狹縫34的結(jié)構(gòu)示意圖。狹縫入口35可以對接各種外界的輸氣設(shè)備(也以對接流體輸出端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，以對等離子保持器進行風(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，表示流體的流動方向。

在一種優(yōu)選實施方式中，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入真空腔體4的情況的發(fā)生。

在一種優(yōu)選實施方式中，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位于所述射頻電場聚焦器2的能量聚焦范圍25內(nèi)。在該優(yōu)選實施方式中，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)點之一是可以降低采用流體的成本，優(yōu)點之二是方便利用現(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能量從外進入封閉部13時的損耗。

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

在一種優(yōu)選實施方式中，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)計使得等離子保持器1易于制造，而且使得進氣口12更容易對接進氣裝置，相比于進氣口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，否則會對射頻電場聚焦器2產(chǎn)生的高密度電場造成嚴(yán)重干擾，影響整個裝置的性能。由此可見，本發(fā)明流體通道234位置的選取以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有一定講究，并非輕易聯(lián)想所得。

在一種優(yōu)選實施方式中，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，可以實現(xiàn)10¹⁸photons/(sr*s)級別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實施例中，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，進氣口12采用10-³mbar、0.05～20sccm的進氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為0.2mm，可以實現(xiàn)10¹⁸photons/(sr*s)級別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實施例中，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，進氣口12采用10^-3mbar、0.05sccm的進氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為0.2mm，可以實現(xiàn)10¹⁸photons/(sr*s)級別紫外光輸出。

在一種優(yōu)選實施例中，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，進氣口12采用10mbar、20sccm的進氣參數(shù)，等離子保持器1厚度為4mm，可以實現(xiàn)10¹⁸photons/(sr*s)級別紫外光輸出。

上述列舉的各種實施方式，在不矛盾的前提下，可以相互組合實施。

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

需要指出的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。