펄스 레이저 고차 고조파 발생기의 진공 시스템 및 정밀 제어 솔루션

최근 몇 년 동안, 초단펄스 레이저를 사용하여 비활성 기체를 여기시켜 고차 고조파를 생성하는 방식은 시간 분해 및 각도 분해 광전자 분광 시스템과 극자외선 코히런트 회절 이미징을 위한 간단하고 비용 효율적인 극자외선 광원을 제공합니다.

고차 조화파 생성은 매우 비선형적인 광학 과정이며, 핵심은 강력한 레이저 펄스를 제어 가능한 농도의 비활성 기체에 집중시키는 것입니다.

1. 질문

고차 고조파 발생 과정에서 실질적인 응용 효과를 얻기 위해서는 해당 진공 시스템이 다음과 같은 요구 사항을 충족해야 합니다.

(1) 고차 조화 발생 과정에서 거시적 매개변수의 변화는 원자 밀도와 이온화 분율에 영향을 미치고 이에 상응하는 거시적 위상 정합이 이루어질 수 있으므로 유효 상호 작용 길이, 레이저 강도 및 가스와 같은 거시적 매개변수를 사용하여 압력을 적응적으로 조정하여 고차 조화 스펙트럼을 변경할 수 있습니다.

이러한 매개변수를 변경하면 고조파 차수뿐만 아니라 스펙트럼 가중치도 변경되므로 원하는 고차 고조파 발생을 달성하기 위해서는 가스 셀 내부의 가스 압력(진공 수준)을 정밀하게 조정하고 안정적으로 제어해야 합니다.

(2) 고차 고조파는 대기에 쉽게 흡수되기 때문에 고차 고조파의 광 경로는 고진공 상태로 유지되어야 합니다. 고차 고조파 발생기는 진공도가 다른 두 영역을 포함해야 함을 알 수 있습니다. 하나는 절대 압력 범위가 1~100Torr인 가스 셀 내부의 저진공 영역이고, 다른 하나는 고차 고조파 광 경로의 절대 압력이 0.001Pa 정도인 고진공 영역입니다.

본 논문에서는 이 두 영역에서 진공도를 제어하기 위한 상응하는 해결책을 제시하고, 특히 가스 셀 내부의 저진공 영역에서 진공도를 안정적이고 정밀하게 제어하는 방법에 대해 상세히 소개합니다.

2. 해결책

진공 챔버는 진공도에 따라 두 영역으로 나뉘며, 각각 가스 셀과 고차 고조파 투과 광 경로에 사용됩니다. 이 두 영역의 진공 제어를 위해 다음과 같은 두 개의 진공 회로가 사용됩니다.

(1) 광 경로의 고진공 제어 회로

진공 챔버의 고진공 회로에서 배기 파이프라인은 진공 챔버 벽에 직접 연결되어 있으며, 분자 펌프를 이용하여 진공 챔버 내부의 가스를 퍼 올려 절대 압력 0.001Pa의 고진공 상태에 도달시키고, 피라니 게이지를 사용하여 진공도의 변화를 모니터링한다.

시험이 완료된 후 시료를 꺼내려면 진공 챔버를 팽창시켜 정상 대기압으로 되돌려야 합니다. 진공 챔버 벽면에는 전기식 감압 밸브가 설치되어 있으며, 이 밸브의 개폐는 프로그램으로 제어할 수 있습니다.

(2) 가스 셀의 저진공 제어 회로 진공 파이프라인은 가스 풀에 직접 연결되어 있으며, 고압 가스 실린더, 흡입 유량을 조절하는 전기 니들 밸브, 용량 게이지, 배출 유량을 조절하는Kao Lu의 비례 압력 조절기 , 건식 펌프 및 진공 컨트롤러의 제어 루프와 함께 저진공을 형성합니다.

이는 흡입 및 배기 유량을 조절하여 진공도를 제어하는 동적 평형 제어 방식입니다. 이 방식의 특징은 1Pa~0.1MPa 범위의 정밀한 진공도 제어가 가능하다는 점이며, 특히 24비트 AD와 16비트 DA 듀얼 채널 고정밀 진공 컨트롤러를 조합할 경우 제어 정확도가 ±1% 이내로 향상됩니다.

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