一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置製造方法
2023-05-27 14:17:46 1
一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置。該方法根據高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度。其裝置主要包括雷射器、凸透鏡、氣體散射池、光學準直及濾波系統、鑑頻裝置、光電探測器、數據採集卡和計算機。
【專利說明】 一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法及裝置。
【背景技術】
[0003]高純氣體在國防、化工、電子、冶金、能源等領域中有著廣泛的用途。在半導體行業中高純氣體的作用顯得更加重要，從半導體材料、半導體器件、集成電路的製造到半導體材料、器件的理論物理的研究都離不開各種高純氣體。因此，對高純氣體進行檢測非常有必要。
[0004]光的彈性散射主要包括瑞利散射和米散射。當微粒的大小比入射光波長小的多時產生瑞利散射，當微粒的大小與入射光波長接近或者大於入射光波長時則產生米散射。可見光波長範圍為39(T760nm，常見氣體分子直徑小於0.5nm，主要引起瑞利散射，氣溶膠直徑在0.001?10Mffl之間，主要引起米散射。因此，根據高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據米散射峰的強度可以判斷氣溶膠的濃度。
【發明內容】
[0005]為了實現對高純氣體中氣溶膠的檢測，我們提出了一種通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來檢測高純氣體中氣溶膠的方法。該方法根據高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，當高純氣體中不存在氣溶膠時，其散射頻譜中不存在米散射峰，當高純氣體中存在氣溶膠時，其散射頻譜中存在米散射峰；根據米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度。。
[0006]本發明的裝置包括雷射器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學準直及濾波系統(4)、鑑頻裝置(9)、光電探測器(11)、數據採集卡(12)和計算機(13)。
[0007]本發明解決技術問題的方案是:雷射器(I)輸出的雷射經凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與裡面的氣體分子相互作用，產生散射信號。散射光經準直及濾波系統(4)準直、濾波後進入鑑頻裝置(9)中進行鑑頻，然後通過凸透鏡(20)聚焦到光電探測器(11)中。光電探測器(11)探測到的散射信號由數據採集卡(12)進行採集，最終在計算機(13)中進行顯示，測得高純氣體的瑞利-米散射頻譜。
[0008]其中，雷射器(I)為連續泵浦雷射器或脈衝雷射器，輸出雷射的線寬小於10MHz ；鑑頻裝置(9)為F-P掃描幹涉儀或斐索幹涉儀，F-P掃描幹涉儀的自由光譜範圍小於10GHz，精細度大於20，斐索幹涉儀的解析度小於或等於10MHz ;光電探測器(11)為光子計數器、光電倍增管或ICXD。
[0009]本發明的技術優勢如下:一、通過測量高純氣體的瑞利-米散射頻譜來進行氣溶膠的探測，根據散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，根據米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度，具有高靈敏度的優點。二、使用光電探測器對散射光進行探測，並使用高速數據採集卡進行採集，可以獲得高精度的瑞利-米散射頻譜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1給出了檢測高純氣體中氣溶膠的裝置原理圖；
附圖2給出了高純氣體中有氣溶膠和無氣溶膠時的散射頻譜圖；
附圖3給出了高純氣體中氣溶膠濃度較低時的散射頻譜圖；
附圖4給出了高純氣體中氣溶膠濃度較高時的散射頻譜圖。
【具體實施方式】
[0011]如附圖1所示，該裝置包括雷射器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學準直及濾波系統(4)、鑑頻裝置(9)、光電探測器(11)、數據採集卡(12)和計算機(13)。其中光學準直及濾波系統(4)包括凸透鏡(5、6、8)和小孔光闌(7)。
[0012]首先在無塵環境下對氣體散射池(3)進行清洗，徹底除去其附著的灰塵，然後將待檢測的高純氣體充入到氣體散射池(3)中。雷射器(I)輸出的窄帶雷射經凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與裡面的氣體分子相互作用，產生散射信號。側向90°的散射光經凸透鏡(5、6)準直、匯聚，經小孔光闌(7)濾波、凸透鏡(8)匯聚後進入鑑頻裝置(9)中進行鑑頻，然後通過凸透鏡(10)聚焦到光電探測器(11)中。光電探測器(11)探測到的散射信號由數據採集卡(12)進行採集，最終在計算機(13)中進行顯示，測得高純氣體側向90°的瑞利-米散射頻譜。
[0013]附圖2中虛線為高純氣體中不存在氣溶膠時的散射頻譜圖，氣體主要產生瑞利散射，其譜線近似為高斯線型；附圖2中實線為高純氣體中存在氣溶膠濃度時的散射頻譜圖，氣體同時產生了瑞利散射和米散射，其譜線近似為高斯線型和洛倫茲線型的疊加，中間凸起的峰為米散射峰。附圖3為高純氣體中氣溶膠濃度較低時的散射頻譜圖，附圖4為高純氣體中氣溶膠濃度較高時的散射頻譜圖。由附圖2可以看出，當高純氣體中不存在氣溶膠時，其散射頻譜中不存在米散射峰；當高純氣體中存在氣溶膠時，其散射頻譜中存在米散射峰。因此，根據高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰可以判斷氣體中是否存在氣溶膠。由附圖3和附圖4可以看出，米散射峰的強度與高純氣體中氣溶膠的濃度成正相關，根據米散射峰的強度可以判斷氣溶膠的濃度。
【權利要求】
1.一種檢測高純氣體中氣溶膠的方法，其特徵在於:根據高純氣體瑞利-米散射頻譜中是否存在米散射峰判斷氣體中是否存在氣溶膠，當高純氣體中不存在氣溶膠時，其散射頻譜中不存在米散射峰，當高純氣體中存在氣溶膠時，其散射頻譜中存在米散射峰；根據米散射峰的強度判斷氣溶膠的濃度。
2.一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特徵在於:該裝置包括雷射器(I)、凸透鏡(2、10)、氣體散射池(3)、光學準直及濾波系統(4)、鑑頻裝置(9)、光電探測器(11)、數據採集卡(12)和計算機(13); 雷射器(I)輸出的雷射經凸透鏡(2)聚焦到氣體散射池(3)中，與裡面的氣體分子相互作用，產生散射信號，散射光經準直及濾波系統(4)準直、濾波後進入鑑頻裝置(9)中進行鑑頻，然後通過凸透鏡(20)聚焦到光電探測器(11)中，光電探測器(11)探測到的散射信號由數據採集卡(12)進行採集，最終在計算機(13)中進行顯示，測得高純氣體的瑞利-米散射頻譜。
3.如權利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特徵在於:雷射器(I)為連續泵浦雷射器或脈衝雷射器，輸出雷射的線寬小於10MHz。
4.如權利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特徵在於:鑑頻裝置(9)為F-P掃描幹涉儀或斐索幹涉儀，F-P掃描幹涉儀的自由光譜範圍小於10GHz，精細度大於20，斐索幹涉儀的解析度小於或等於100MHz。
5.如權利要求2所述的一種檢測高純氣體中氣溶膠的裝置，其特徵在於:光電探測器(11)為光子計數器、光電倍增管或ICXD。
【文檔編號】G01N21/51GK104198439SQ201410485633
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】何興道, 夏如孝, 吳濤, 葛洋, 李翔 申請人:南昌航空大學