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當(dāng)前(qián)位置:首頁(yè)技術文章在高(gāo)真(zhēn)空(kōng)環境(jìng)下做激(jī)光(guāng)功率或能量(liáng)的測(cè)試

在(zài)高真空環境(jìng)下(xià)做激光(guāng)功(gōng)率(shuài)或(huò)能量(liáng)的(dí)測試

更新(xīn)時間:2026-06-24點(diǎn)擊次數:118

隨著半導(dǎo)體(tǐ)製(zhì)程(chéng)進入到13.5nm 光源(yuán)波段,激光功率(shuài)或能量(liáng)的(dí)檢測均(jūn)需要在(zài)超(chāo)高真空(kōng)環境下(xià)完(wán)成,另(lìng)外還有一(yī)些(xiē)特殊應用比(bǐ)如說(shuō)高能物(wù)理粒子(zǐ)加(jiā)速(sù)器,太(tài)空(kōng)或仿太空(kōng)環境檢測時(shí)均需要(yào)考慮(lǜ)超高真(zhēn)空(kōng)環(huán)境(jìng)。

1. 真(zhēn)空環(huán)境下(xià)使用(yòng)的(dí)激(jī)光功率能(néng)量計需要考(kǎo)慮(lǜ)的(dí)問(wèn)題

在(zài)為高(gāo)真空環(huán)境(jìng)設計(jì)激光功(gōng)率與能量傳感器時(shí),需解決(jué)以(yǐ)下若(ruò)幹(gān)問(wèn)題:氣體釋放(fàng),散熱問題,信(xìn)號傳(chuán)輸及校準(zhǔn)。

氣(qì)體釋(shì)放outgasing 是所(suǒ)有(yǒu)高真(zhēn)空係統都(dū)必(bì)須(xū)麵對的問題(tí)。在真空(kōng)環(huán)境(jìng)下(xià),材(cái)料(liào)內(nèi)部或表麵(miàn)吸附的(dí)氣體(tǐ)分(fēn)子(zǐ)或者(zhě)可(kě)能揮(huī)發的物(wù)質會有逐漸(jiàn)釋放出(chū)來的(dí)過程(chéng),從而(ér)破(pò)壞(huài)真空度,最根本的(dí)危(wēi)害(hài)是(shì)形(xíng)成一個可(kě)能的(dí)汙染(rǎn)源。所(suǒ)以如果需要將激(jī)光功(gōng)率(shuài)或能量探(tàn)頭(tóu)直接放置於真空(kōng)腔(qiāng)內(nèi),則此(cǐ)探頭就(jiù)需(xū)要具備與高真空(kōng)係統(tǒng)兼容(róng)的低(dī)氣(qì)體(tǐ)逸出速率。一(yī)般而言廠(chǎng)家會從(cóng)材(cái)料(liào)和結(jié)構(gòu)兩方(fāng)麵(miàn)進(jìn)行品控(kòng)。另外(wài),真(zhēn)空腔體利(lì)用(yòng)真(zhēn)空泵抽取真(zhēn)空(kōng)時,往(wǎng)往(wǎng)采(cǎi)用(yòng)腔體加(jiā)熱(rè)的(dí)方(fāng)式加速附著(zhuó)於(yú)金屬表(biǎo)麵(miàn)的氣體分子(zǐ)揮發(fā),而傳(chuán)感器因吸(xī)收(shōu)激光輻(fú)射(shè)產(chǎn)生的熱(rè)量而導致探頭氣體逸出速率(shuài)增加起(qǐ)到(dào)了(liǎo)異曲(qū)同(tóng)工的(dí)作(zuò)用。

散(sàn)熱(rè)問(wèn)題(tí)上看,顯然(rán)強製空氣冷卻在真空(kōng)環境下(xià)是不(bù)可能實(shí)現了,一般(bān)可(kě)行(háng)的(dí)方案(àn)是通過(guò)導熱連接件(jiàn)直連真(zhēn)空(kōng)腔(qiāng)體的金(jīn)屬(shǔ)管壁(bì)做(zuò)散熱,偶爾出現(xiàn)需(xū)要測(cè)試大功(gōng)率(shuài)激(jī)光的情況,則會(huì)考(kǎo)慮增加(jiā)閉(bì)路(lù)循環強(qiáng)製冷卻。無論哪(nǎ)種(zhǒng)方(fāng)案,都需(xū)要合理的設計(jì)熱(rè)管理措(cuò)施(shī)。

信(xìn)號(hào)傳輸方麵(miàn),顯(xiǎn)然(rán)不能直接(jiē)引用探頭(tóu)標配的信號綫(xiàn)連接(jiē)表頭(tóu),而需要采用(yòng)真(zhēn)空腔體適配(pèi)的轉(zhuǎn)接(jiē)頭Feed-Through 做(zuò)為中介(jiè),在不(bù)破(pò)壞(huài)真空(kōng)的條件(jiàn)下(xià)傳遞數(shù)據信號。

在探頭(tóu)校(xiào)準(zhǔn)方麵(miàn),我(wǒ)們(mén)知道常(cháng)規(guī)激光探頭(tóu)的校(xiào)準(zhǔn)是在空氣(qì)環境下的,由於(yú)探(tàn)頭(tóu)的熱散失形式(shì)與(yǔ)真(zhēn)空環境下(xià)不同,其(qí)校準(zhǔn)數據(jù)是會(huì)有一定(dìng)偏(piān)離的(dí),所以(yǐ)真空(kōng)環(huán)境(jìng)下(xià)工作的(dí)探(tàn)頭需要(yào)單(dān)獨(dú)做(zuò)校準(zhǔn)。

相(xiāng)對(duì)而言,熱(rè)電堆探(tàn)頭的信(xìn)號產(chǎn)生依賴(lài)於熱(rè)傳(chuán)導,所以專(zhuān)門的(dí)真(zhēn)空條(tiáo)件下校準最(zuì)有(yǒu)必要。而(ér)光電(diàn)二極管探(tàn)頭(tóu)利(lì)用(yòng)的(dí)是直接(jiē)光(guāng)電效(xiào)應(yīng)產(chǎn)生信(xìn)號,且(qiě)隻具備(bèi)小(xiǎo)功率(shuài)或(huò)能量的(dí)測試(shì)能力(lì),受到的(dí)影響就小很多(duō),一(yī)般可(kě)不做特別的(dí)真(zhēn)空(kōng)環境(jìng)下校(xiào)準。

 

2.真(zhēn)空環(huán)境(jìng)下(xià)使用(yòng)的激光功率(shuài)能量探(tàn)頭實操(cāo):

對於真空環境(jìng)下(xià)使(shǐ)用(yòng)的光(guāng)電二極(jí)管探頭(tóu)而(ér)言相對較為簡(jiǎn)便,光電二(èr)極管(guǎn)塔(tǎ)頭表麵積較小,且僅(jǐn)適(shì)用(yòng)於測(cè)量低功率信號(hào),因(yīn)此(cǐ)在工作(zuò)過程(chéng)中發熱較少。首先光(guāng)電(diàn)二(èr)極管可采用(yòng)TO 型(xíng)封裝(zhuāng)或陶瓷(cí)封裝,這類封(fēng)裝(zhuāng)通(tōng)常(cháng)具有較(jiào)低(dī)的釋氣率,再增加真空(kōng)腔(qiāng)適配的數據(jù)轉接頭即可(kě)。

而熱電(diàn)堆(duī)激光功(gōng)率(shuài)探頭或熱(rè)釋電激(jī)光能(néng)量探頭具有較大(dà)的(dí)表麵(miàn)積,且可用於(yú)測量(liáng)高(gāo)功率或(huò)高能(néng)量的激光,顯(xiǎn)然會有(yǒu)大(dà)得(dé)多(duō)的熱負載。為(wéi)確(què)保傳(chuán)感器(qì)適(shì)用於(yú)真空環境,則上述(shù)四(sì)點:氣體(tǐ)釋放率(shuài),熱(rè)管(guǎn)理(lǐ)措施,信號(hào)中(zhōng)繼(jì)傳接(jiē)和(hé)探頭(tóu)校準就都(dū)需要考慮了(liǎo).下(xià)麵是(shì)以色列(liè)Ophir 公司真(zhēn)空環境下使(shǐ)用(yòng)的激光(guāng)功率(shuài)能量計的一個(gè)實操(cāo)演示模型(xíng):

在高真空環(huán)境下做激(jī)光功率或能量的(dí)測試

圖(tú)1. 熱(rè)電(diàn)堆式的(dí)激(jī)光(guāng)功率探頭於真(zhēn)空環(huán)境(jìng)下檢(jiǎn)測的演示模型(xíng)

如圖(tú)1.所(suǒ)示,一(yī)個小型真(zhēn)空(kōng)腔體(tǐ)的(dí)上出(chū)口接駁真空(kōng)度(dù)計(jì),下(xià)出口接駁(bó)真空泵(bèng),左入(rù)口(kǒu)是一(yī)個熔(róng)融石(shí)英窗(chuāng)口(kǒu),激(jī)光從(cóng)此(cǐ)口(kǒu)入(rù)射(shè);右側(cè)所示是一個(gè)熱電(diàn)堆探(tàn)頭物理連(lián)接到(dào)真空腔(qiāng)管(guǎn)壁上(這(zhè)裏需要說明的是為(wéi)了演(yǎn)示熱電(diàn)堆探(tàn)頭氣(qì)體(tǐ)釋放outgasing 效(xiào)應(yīng),選用了(liǎo)較細(xì)的連接柱與真(zhēn)空腔體連接,使得導(dǎo)熱率較小);另外可見(jiàn)真空(kōng)壁(bì)上的Feed-Through 就(jiù)是真空腔(qiāng)體適(shì)配的轉接頭用(yòng)於(yú)數據(jù)的傳輸(shū),最終連(lián)接(jiē)激(jī)光(guāng)功(gōng)率計(jì)表(biǎo)頭。

在高真(zhēn)空(kōng)環境下做激(jī)光功(gōng)率或能(néng)量的測(cè)試(shì)

圖2. 熱電堆式(shì)的激光功率探頭於真(zhēn)空(kōng)環境下釋氣(qì)效應(yīng)的演示

如圖(tú)2.所(suǒ)示(shì)用同(tóng)樣(yàng)的(dí)真空(kōng)泵(bèng)在(zài)有(yǒu)和(hé)沒有(yǒu)安裝(zhuāng)熱(rè)電(diàn)堆(duī)探(tàn)頭(tóu)情(qíng)況下抽真空(kōng),獲得了(liǎo)藍(lán)色基綫和有(yǒu)探頭(tóu)安(ān)裝時再(zài)次檢(jiǎn)測真空度變(biàn)化獲(huò)得紅色曲綫。測(cè)得單個(gè)熱電(diàn)堆(duī)傳感器的(dí)排氣速率(shuài)上(shàng)限為2.25×10-7 mbar/L/s。

在(zài)高(gāo)真空環(huán)境下(xià)做(zuò)激(jī)光功(gōng)率或能量的測試(shì)

圖3.激光輻(fú)照(zhào)下(xià)探(tàn)頭倍加(jiā)熱而增加了(liǎo)氣(qì)體釋(shì)放(fàng)率

如圖(tú)3.所示(shì),用(yòng)一個(gè)1000W 的1070nm 激光(guāng)輻照(zhào)1 秒鐘(zhōng),也就是在(zài)熱電(diàn)堆探頭(tóu)表(biǎo)麵(miàn)輻照(zhào)了1kJ 能量,由(yóu)於本(běn)演示(shì)模(mó)型(xíng)選刻意用了(liǎo)較細的連接柱與(yǔ)真空腔體連接(jiē)使(shǐ)得導熱(rè)率(shuài)較(jiào)小,模(mó)擬出了不良散(sàn)熱條件下的熱(rè)電堆探(tàn)頭氣(qì)體(tǐ)釋(shì)放(fàng)率(shuài)的表現(xiàn),可(kě)見激(jī)光(guāng)輻(fú)照期間和其(qí)後的(dí)數秒探(tàn)頭(tóu)的(dí)氣(qì)體釋放(fàng)率(shuài)是有(yǒu)較(jiào)大增加的,其後真空度恢復表明氣(qì)體釋放(fàng)速(sù)率已降低,且釋放出的(dí)氣體未(wèi)被腔(qiāng)室壁(bì)吸收(shōu)而(ér)被(bèi)真空泵迅速排出。合理選擇(zé)探頭(tóu)吸(xī)收體(tǐ)塗(tú)層(céng)及散(sàn)熱(rè)裝置(zhì)可進一步降低氣體(tǐ)釋(shì)放量(liáng)。

對於(yú)超高分辨(biàn)率(shuài)的(dí)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)製(zhì)程,高能物理粒(lì)子(zǐ)加(jiā)速器(qì),太空或仿(fǎng)太(tài)空(kōng)環(huán)境(jìng)檢(jiǎn)測等(děng)需要(yào)超高(gāo)真(zhēn)空(kōng)環(huán)境(jìng)下檢測激(jī)光功(gōng)率或(huò)能(néng)量時,客(kè)戶可(kě)聯係Ophir 公司的中國代(dài)理商先鋒科技,說出您(nín)的(dí)設想(xiǎng)與(yǔ)要(yào)求,Ophir 公司(sī)可以(yǐ)為您(nín)提供(gōng)適(shì)配(pèi)的解決方案。


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