一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置，包括光纖準直鏡、光纖過真空法蘭、光纖適配器、第一石英光纖、光強比較器和聯鎖保護電路；所述光纖過真空法蘭由穿過真空法蘭的第二石英光纖構成，所述真空法蘭用于使射頻離子源放電腔實現真空密封；所述光纖準直鏡固定在所述第二石英光纖的一端，用于收集射頻離子源放電腔內的等離子體發光，所述第二石英光纖的另一端通過所述光纖適配器連接所述第一石英光纖的一端，所述第一石英光纖的另一端依次連接所述光強比較器和所述聯鎖保護電路。本實用新型專利技術根據光強檢測結果決定是否采取相應的保護措施，增加了安全冗余，提高了系統的可靠性，為射頻離子源提供了一種新的保護手段。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術公開了一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置，包括光纖準直鏡、光纖過真空法蘭、光纖適配器、第一石英光纖、光強比較器和聯鎖保護電路；所述光纖過真空法蘭由穿過真空法蘭的第二石英光纖構成，所述真空法蘭用于使射頻離子源放電腔實現真空密封；所述光纖準直鏡固定在所述第二石英光纖的一端，用于收集射頻離子源放電腔內的等離子體發光，所述第二石英光纖的另一端通過所述光纖適配器連接所述第一石英光纖的一端，所述第一石英光纖的另一端依次連接所述光強比較器和所述聯鎖保護電路。本技術根據光強檢測結果決定是否采取相應的保護措施，增加了安全冗余，提高了系統的可靠性，為射頻離子源提供了一種新的保護手段。【專利說明】一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置
本技術屬于等離子體
，更具體地，涉及一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置。
技術介紹
目前射頻激發等離子體技術被廣泛應用于離子源領域，射頻功率通過電容耦合或者感應耦合方式饋入放電腔，在放電腔內部激發工作氣體，產生等離子體，然后采用直流高壓將帶電粒子引出。由于一般情況下離子源的等效射頻阻抗與射頻功率源的輸出阻抗不相等，因此需要在離子源負載上連接阻抗匹配器，進行阻抗變換，實現離子源負載與射頻功率源的良好阻抗匹配。 一般而言，射頻離子源在運行過程中先后經歷兩個階段，第一個階段是激發階段，在這個階段中放電腔內等離子體從無到有，然后達到穩定；第二個階段是穩定運行階段，在這個階段放電腔內的等離子體濃度基本維持穩定。等離子體是導體，其濃度不同會影響射頻離子源放電腔部位的電磁場位形，改變離子源的等效射頻阻抗。在激發階段，等離子體濃度變化較快，等效阻抗變化也較快，而射頻功率源的輸出阻抗是不變的，這就意味著只有阻抗匹配器的參數調節速度足夠快，才可能在這個動態過程中始終維持良好的阻抗匹配。 通常采用的通過機械方式調節匹配器元件參數難以實現這種快速的跟蹤調節，目前廣泛采用的方案是:根據預估的穩定運行階段負載阻抗，在離子源加載功率激發之前先設定匹配器元件參數，在運行過程中不再調節匹配器參數。該方案雖然在激發過程存在阻抗失配，但因激發過程通常在毫秒量級，時間較短，從而不致損害射頻功率源。但是，當離子源系統出現異常導致等離子體激發不成功時，射頻功率源將長時間處于嚴重的阻抗失配狀態下，輸出饋線上存在較高的反射功率，如果不能正確、及時地檢測到該運行狀態并采取保護措施，長時間運行就可能損壞射頻功率源。另外，在不明原因的異常情況下長期運行也可能損害離子源的其它子系統，比如真空、直流引出高壓電源。 為了避免以上情況的發生，通常采用定向耦合器實時檢測反射功率大小，一旦反射功率超過保護閾值，立即關閉射頻功率源。然而，該保護方案缺乏安全冗余，一旦定向耦合器的反射功率檢測、保護出現故障，在高反射功率情況下不能及時關閉射頻功率源，導致射頻功率源損壞。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本技術提供了一種基于等離子體發光強度檢測的射頻離子源保護裝置，有效彌補了基于定向耦合器的檢測與保護系統缺乏安全冗余的不足，實現了對強射頻干擾、直流高壓、低工作氣壓運行條件下射頻離子源不透明放電腔內等離子體發光強度的遠程監測，并根據檢測結果決定是否采取相應的保護措施，增加了安全冗余，增強了系統的可靠性，為射頻離子源提供了一種新的保護手段。 為實現上述目的，本技術提供了一種射頻離子源保護裝置，其特征在于，包括光纖準直鏡、光纖過真空法蘭、光纖適配器、第一石英光纖、光強比較器和聯鎖保護電路；所述光纖過真空法蘭由穿過真空法蘭的第二石英光纖構成；所述光纖準直鏡固定在所述第二石英光纖的一端，所述第二石英光纖的另一端通過所述光纖適配器連接所述第一石英光纖的一端，所述第一石英光纖的另一端依次連接所述光強比較器和所述聯鎖保護電路。 優選地，所述光強比較器包括依次連接的光電轉換元件、濾波放大電路和電壓比較電路。 優選地，所述光強比較器為光譜儀。 優選地，所述聯鎖保護電路包括第一與門、三極管、續流二極管和繼電器；所述光強比較器的輸出端通過電阻R3連接所述第一與門的一個輸入端，所述第一與門的輸出端通過電阻R4連接所述三極管的基極，所述三極管的基極和發射極間通過電阻R5連接，所述三極管的集電極連接所述繼電器的線圈，所述續流二極管與所述繼電器的線圈并聯。 總體而言，通過本技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果: 1、根據放電腔內檢測到的等離子體發光強度，判斷射頻離子源是否出現異常，并決定是否采取相應的保護措施，增加了安全冗余，提高了系統的可靠性。 2、光纖準直鏡置于射頻離子源的不透明放電腔內，同時對放電腔內外環境進行良好地密封，大幅降低了環境光對測量結果的影響。 3、放電腔與電路元件之間全程采用光路傳輸信號，有效避免了離子源放電腔周圍的強射頻干擾。 4、利用光纖傳輸，由于光纖是絕緣體，通過選擇合適的光纖長度，能有效解決離子源直流弓I出高壓與電路元件之間的隔離問題。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是本技術一個實施例的射頻離子源保護裝置的原理框圖； 圖2是本技術一個實施例的射頻離子源保護裝置的結構示意圖； 圖3是本技術一個實施例的光纖過真空法蘭的結構示意圖； 圖4是本技術一個實施例的電壓比較電路的電路圖； 圖5是本技術一個實施例的聯鎖保護電路的原理圖； 圖6是本技術另一個實施例的射頻離子源保護裝置的原理框圖； 圖7是本技術另一個實施例的射頻離子源保護裝置的結構示意圖。 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1_射頻離子源放電腔，2-金屬蓋板，3-法蘭接頭，4-光纖準直鏡，5-光纖過真空法蘭，6-法蘭卡箍，7-光纖適配器，8-第一石英光纖，9-光敏二極管，10-濾波放大電路，11-聯鎖保護電路，51-光纖入口，52-第一 SMA905光纖接頭，53-第二石英光纖，54-KF16真空法蘭，55-第二SMA905光纖接頭，56-光纖出口，12-光譜儀，13-電壓比較電路。 【具體實施方式】 為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。此外，下面所描述的本技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。 射頻離子源在運行過程中，等離子體激發不成功或者濃度偏低時，除了離子源負載與射頻功率源之間阻抗失配造成反射功率較大之外，表現出的另一現象是放電腔內部無等離子體發光或者光強度不足。本技術利用這一現象，設定等離子體激發過程的時長為t，通過檢測等離子體發光強度，將射頻離子源在運行t時間后檢測到的等離子體發光強度與設定的光強閾值比較，當其小于光強閾值時，說明此時放電腔內仍無等離子體被激發或者等離子體濃度偏低，判定射頻離子源出現異常，切斷射頻功率源的主供電，避免基于定向耦合器的檢測與保護系統失靈時高反射功率損壞射頻功率源，同時關閉供氣、直流引出高壓等系統，能有效增加離子源的安全冗余本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種射頻離子源保護裝置，其特征在于，包括光纖準直鏡、光纖過真空法蘭、光纖適配器、第一石英光纖、光強比較器和聯鎖保護電路；所述光纖過真空法蘭由穿過真空法蘭的第二石英光纖構成；所述光纖準直鏡固定在所述第二石英光纖的一端，所述第二石英光纖的另一端通過所述光纖適配器連接所述第一石英光纖的一端，所述第一石英光纖的另一端依次連接所述光強比較器和所述聯鎖保護電路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李冬，黃俊昌，劉開鋒，陳德智，周馳，岳海昆，王曉敏，趙鵬，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42