Устройство и способ для генерации излучения из лазерной плазмы - заявка 2017141042 на патент на изобретение в РФ

1. Устройство для генерации излучения из лазерной плазмы, включающее в себя вакуумную камеру (1), в которой размещены вращающийся на валу (2) мишенный узел (3), поставляющий плазмообразующий материал мишени (4) в зону взаимодействия (5), входное окно (6) для лазерного пучка (7), фокусируемого в зону взаимодействия, выходное окно (8) вывода пучка коротковолнового излучения (9), и ввод газа (10), характеризующийся тем, что
вращающийся мишенный узел выполнен с кольцевым желобом (11), имеющим относительно оси вращения (12) дальнюю стенку (13) и ближнюю стенку (14);
плазмообразующим материалом мишени служит расплавленный металл (15), расположенный в кольцевом желобе (11), а мишенью (4) является образуемый при воздействии центробежной силы слой расплавленного металла на внутренней поверхности (16) дальней стенки (13) кольцевого желоба (11), при этом
ближняя стенка (14) кольцевого желоба выполнена обеспечивающей прямую видимость между зоной взаимодействия (5), с одной стороны, и входным и выходным окнами (6), (8), с другой стороны, по меньшей мере, в моменты лазерных импульсов.
2. Устройство по п. 1, в котором ближняя стенка (14) кольцевого желоба имеет расположенные по его окружности n пар отверстий (17), (18), в каждой из пар первое отверстие (17) предназначено для входа сфокусированного лазерного пучка (7) в зону взаимодействия, а второе отверстие (18) предназначено для выхода пучка коротковолнового излучения (9) из зоны взаимодействия (5) в моменты лазерных импульсов, следующих с частотой f, равной произведению частоты вращения мишенного узла ν на количество пар отверстий n:
f=ν⋅n.
3. Устройство по п. 2, в котором дополнительно введена система синхронизации лазерных импульсов с углами поворота кольцевого желоба (11), при которых обеспечивается прямая видимость между зоной взаимодействия (5) и входным и выходным окнами (6), (8).
4. Устройство по п. 1, в котором ближняя стенка (14) кольцевого желоба имеет прорезь по всему периметру желоба, обеспечивающую прямую видимость между зоной взаимодействия (5) и входным и выходным окнами (6), (8).
5. Устройство по п. 1, в котором плазмообразующий материал мишени является одним из следующих металлов: Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, их сплавы.
6. Устройство по п. 1, в котором вращающийся мишенный узел снабжен системой нагрева материала мишени.
7. Устройство по п. 1, в котором лазерный пучок (7) и пучок коротковолнового излучения (9) расположены по одну сторону от плоскости вращения (19), проходящей через зону взаимодействия (5), а вектор нормали (20) к поверхности (16) кольцевого желоба в зоне взаимодействия расположен по другую сторону от указанной плоскости вращения (19).
8. Устройство по п. 1, в котором лазерный пучок (7) и пучок коротковолнового излучения (9) расположены по одну сторону от плоскости вращения (19), проходящей через зону взаимодействия (5), а вал (2) расположен по другую сторону от указанной плоскости вращения.
9. Устройство по п. 1, в котором ближняя стенка (14) кольцевого желоба выполнена толстостенной, с толщиной в диапазоне от 5 до 20 мм.
10. Устройство по п. 1, в котором кольцевой желоб (11) снабжен крышкой (21).
11. Устройство по п. 1, в котором часть сфокусированного лазерного пучка (7) между входным окном (6) и ближней стенкой (14) кольцевого желоба окружена первым кожухом (22), в котором осуществляют проток газа от входного окна (6) к ближней стенке (14) кольцевого желоба (11), а часть пучка коротковолнового излучения (9) между выходным окном (6) и ближней стенкой (14) кольцевого желоба окружена вторым кожухом (23), в котором осуществляют проток газа от выходного окна (8) к ближней стенке (14) кольцевого желоба (11).
12. Устройство по п. 11, в котором на внешней поверхности первого и второго кожухов (22), (23) размещены постоянные магниты (26).
13. Устройство по п. 11, в котором первый и второй кожухи (22), (23) совмещены.
14. Устройство по п. 1, в котором входное и выходное окна (6), (8) оснащены нагревателями (29), обеспечивающими их высокоэффективную испарительную очистку от материала мишени.
15. Устройство по п. 1, в котором частота вращения мишенного узла ν находится в диапазоне от 20 до 500 оборотов в секунду.
16. Устройство по п. 1, в котором плотность мощности лазерного излучения на мишени находится в диапазоне от 1010 до 1012 Вт/см2.
17. Устройство по п. 1, в котором длительность лазерных импульсов находится в диапазоне от 0,5 пс до 100 нс.
18. Устройство по п. 1, в котором частота повторения лазерных импульсов f находится в диапазоне от 1 кГц до 10 МГц.
19. Способ генерации излучения из лазерной плазмы, включающий облучение с высокой частотой повторения плазмообразующего материала мишени на поверхности вращающегося мишенного узла (3) лазерным пучком (7), вводимым в зону взаимодействия (5) через входное окно (6) вакуумной камеры (1) и вывод пучка коротковолнового излучения (9) из зоны взаимодействия через выходное окно (8) вакуумной камеры, характеризующийся тем, что
мишень формируют в виде слоя расплавленного металла, относящегося к группе Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, и их сплавы, на внутренней поверхности (16) дальней от оси вращения (12) стенке (13) кольцевого желоба (11), выполненного во вращающемся мишенном узле,
при наличии магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами (26), в первом и втором кожухах (22), (23), окружающих часть лазерного пучка (7) и часть пучка коротковолнового излучения (9), осуществляют проток газа от входного окна (6) и выходного окна (8) к ближней стенке (14) кольцевого желоба (11), обеспечивающей прямую видимость между зоной взаимодействия (5), с одной стороны, и входным и выходным окнами (6), (8), с другой стороны, по меньшей мере, в моменты лазерных импульсов.
20. Способ по п. 19, в котором осуществляют вращение мишенного узла (3) с частотой в диапазоне от 20 до 500 Гц и синхронизируют моменты лазерных импульсов с углами поворота вращающегося мишенного узла, при которых обеспечивается прямая видимость между зоной взаимодействия (5) и входным и выходным окнами (6), (8) через n пар отверстий (17, 18) в ближней стенке (14) кольцевого желоба, где n - целое число в диапазоне от 10 до 100.
Наверх