УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ВРЕМЯПРОЛЕТНЫХ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ЭРОЗИОННОГО ФАКЕЛА

Заявляемое в качестве изобретения устройство относится к лазерной технике, в частности к устройствам детектирования лазерной плазмы. Устройство может быть использовано для регистрации и исследования времяпролетных характеристик лазерного эрозионного факела, а именно определения энергетического спектра и пространственного распределения заряженных частиц, образующихся при лазерной абляции металлов, полупроводников и диэлектриков в вакууме.
tx
x
6
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для определения амплитудно-временных характеристик потока заряженных частиц (например, электронов) без заметного искажения содержащее полый тороидальный корпус со сквозной кольцевой проточкой, выполненной на поверхности тороида и обращенной к его оси. В датчике установлен симметрично относительно его оси по крайней мере один металлический сетчатый экран, перекрывающий апертуру датчика и электрически соединенный с ним по всей линии соприкосновения датчика и экрана, при этом расстояние между проточкой и экраном выбирается из соотношения h<V/10, где V - скорость заряженных частиц; t - характерное время измерения тока (патент на изобретение РФ №2136007 от 27.08.1999 г., МПК, G01R 19/08; С23С 14/46).
Общими признаками прототипа и полезной модели технического решения являются: наличие полого тороидального корпуса.
Метод импульсного лазерного напыления широко применяется для вакуумного осаждения тонких металлических, полупроводниковых пленок и многослойных структур на их основе. Заряженные частицы лазерного эрозионного факела представляют большой интерес для импульсного лазерного напыления, поскольку обладают большей адгезией с подложкой по сравнению с нейтральными частицами. Поэтому исследование кинетики разлета и пространственного распределения заряженных частиц в лазерном эрозионном факеле является актуальным.
Задачей полезной модели является создание компактного устройства для регистрации и исследования времяпролетных и пространственных характеристик заряженной компоненты лазерного эрозионного факела.
Технической задачей является создание компактного устройства, позволяющее регистрировать и исследовать энергетический спектр и пространственное распределение заряженных частиц, образующихся при лазерной абляции металлов, полупроводников и диэлектриков в вакууме.
Устройство для регистрации и исследования времяпролетных характеристик лазерного эрозионного факела поясняется рисунком, где:
1 - металлический цилиндр,
2 - тороидальный соленоид (пояс Роговского),
3 - двухканальный осциллограф,
4 - лазерный эрозионный факел,
5 - мишень,
6 - лазерное излучение,
7 - диэлектрическая диафрагма.
Устройство для регистрации и исследования времяпролетных характеристик лазерного эрозионного факела представляет собой заземленный полый металлический цилиндр 1, внутри которого на расстоянии d друг от друга расположены два осецентрированных соленоида 2 на тороидальных ферритовых ВЧ сердечниках (пояс Роговского) с N числом витков обмотки каждый. Выводы обмоток соленоидов через RC-фильтр подключены к двухканальному осциллографу 3. RC-фильтр подавляет шумы в катушке, сохраняя при этом форму исследуемого сигнала. Лазерный эрозионный факел 4, который образуется при абляции мишени 5 импульсным лазерным излучением 6, распространяется перпендикулярно мишени вдоль оси х. Пучок заряженных частиц в факеле, пролетая сквозь соленоиды, наводит в них импульсы тока I(t), которые регистрируются двухканальным осциллографом. Металлизированные снаружи диэлектрические диафрагмы 7 используются для пространственного ограничения лазерного эрозионного факела, а металлический цилиндр является одновременно несущим корпусом устройства и экраном от помех. Эквивалентная схема пояса Роговского с интегрирующей цепочкой приведена на вставке рисунка.
Устройство для регистрации и исследования времяпролетных характеристик лазерного эрозионного факела может быть выполнено в двух вариантах:
0
1. Внутри металлического цилиндра на расстоянии d друг от друга расположены два тороидальных соленоида. В этом случае скорость разлета лазерной эрозионной плазмы определяется по временному интервалу t между импульсами тока I(t), регистрируемыми на выводах катушек.
0
2. Внутри металлического цилиндра на расстоянии d от мишени расположен один тороидальный соленоид. В этом случае скорость разлета лазерной эрозионной плазмы определяется по временному интервалу t между сигналом катушки и фотодиода, регистрирующего сигнал вспышки плазмы.
Скорость заряженных частиц V в лазерном эрозионном факеле, пролетающих через устройство определяется соотношением:
0
где t - временной интервал между импульсами тока, определяемый с помощью двухканального осциллографа. Ток на обмотке соленоида будет определяться выражением:
C
0
0
где U(t) - напряжение, измеряемое двухканальным осциллографом на емкости RC-фильтра, r - сопротивление катушки, µ и µ - магнитные проницаемости сердечника и вакуума, S - площадь сечения ферритового сердечника. Концентрация частиц n(t), пролетающих сквозь диафрагму соленоида площадью S, будет определяться следующим образом:
0
где е - заряд электрона. S - площадь отверстия диэлектрической диафрагмы
Изменение положения устройства для регистрации и исследования времяпролетных характеристик лазерного эрозионного факела по углу Θ относительно оси х позволяет исследовать пространственное распределение заряженных частиц n(Θ) в лазерном эрозионном факеле.