[实用新型]一种原子束源系统

说明书

本实用新型涉及一种原子束源系统，尤其涉及一种应用于纳米加工技术领域的原子束源系统。

利用原子束制作纳米结构是近年来出现的一种崭新方法。传统的原子束源系统存在的缺陷在于：其产生的原子速度在纵横两个方向上都有较大的分布，因此导致原子束具有较大发散角，单色性较差，无法满足纳米加工对原子束的要求。现有的纳米加工领域中所用的原子束源系统则大多利用金属原子生成原子束，其缺陷在于这种金属原子束制作的纳米结构不能移出真空环境，所以后续工作必须在真空环境中进行，导致制造成本很高。

本实用新型的目的在于提供一种能够产生适于制作纳米结构的原子束的准单色亚稳态氦原子束源系统。

本实用新型的目的可通过以下技术措施实现：准单色亚稳态氦原子束源系统包括供气系统、亚稳态氦原子束发生室、漏勺、斩波器、激光准直系统；提供氦气的供气系统与提供亚稳态氦原子束的发生室连接在一起，亚稳态氦原子束发生室的喷嘴与漏勺相连，漏勺的出口对准提高亚稳态氦原子束单色性的斩波器以及激光准直系统。

本实用新型的目的也可通过以下技术措施实现：亚稳态氦原子束源系统的准直系统包括漏勺、斩波器、激光准直系统，实现原子束的初级准直的漏勺对接实现原子束纵向准直的斩波器，由斩波器出射的原子束垂直通过由两两对射的四束圆偏振激光构成的、实现原子束横向准直的激光准直系统。

本实用新型相比于现有技术的优点是利用氦气产生原子束，而氦气产生的亚稳态原子束比一般原子束源系统产生的金属原子束稳定性好、内态能量高，可以采用与金属原子不同的曝光方式工作，后续工作不受真空环境的限制，因而具有独特的优势。本实用新型的供气系统通过减压、控制气体流量、稳压，为产生恒定流量的原子束提供了压强和流量恒定的氦气气源。

本实用新型相比于现有技术的优点还在于首先通过漏勺对原子束进行准直。再利用斩波器实现原子束的纵向准直。最后用四束圆偏振的激光两两对射形成激光场，让原子束垂直通过。这四束激光在两个互相垂直的方向上对原子的横向速度提供了阻尼力，使得原子束垂直通过后其横向速度大大减小，从而减小了其发散角，且利用圆偏振使光泵效应减小，实现了原子束的横向准直。从而进一步提高了亚稳态氦原子束的单色性，形成准单色亚稳态氦原子束。该原子束适合于纳米结构制作及其它对亚稳态氦原子束的单色性要求较高的技术领域。

附图说明：

图1是本实用新型准单色亚稳态氦原子束源系统的结构示意图。

图2是本实用新型原子束源系统供气系统的结构示意图。

图3是本实用新型原子束源系统的亚稳态氦原子束发生室的结构示意图。

图4是本实用新型原子束源系统激光准直系统的结构示意图。

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型准单色亚稳态氦原子束源系统包括供气系统8、亚稳态氦原子束发生室1、漏勺3、斩波器4和激光准直系统5；供气系统8与亚稳态氦原子束发生室1连接在一起。供气系统8提供的氦气进入亚稳态氦原子束发生室1，再由其喷嘴2喷出，形成亚稳态氦原子束6。喷嘴2与漏勺3相连。漏勺3的出口对准斩波器4，以及激光准直系统5。漏勺3的出口出射的亚稳态氦原子束6通过斩波器4实现纵向准直，形成的亚稳态氦原子束17垂直通过激光准直系统5，实现横向准直，形成准单色亚稳态氦原子束7。

如图2所示，供气系统8由氦气源10、减压阀11、质量流量控制器12、压力控制器13组成。氦气源10提供纯度为99.999％的氦气。氦气源10出口的导管9连接减压阀11、质量流量控制器12、压力控制器13。减压阀11将气压降低到质量流量控制器12允许的范围内。质量流量控制器12将气体流量控制在一定范围。压力控制器13降低并稳定氦气气压。氦气通过减压阀11、质量流量控制器12、压力控制器13后形成了恒定压强与流量的氦气。氦气进入亚稳态氦原子束发生室1。

如图3所示，亚稳态氦原子束发生室1包括带喷嘴2的中心阴极气体放电腔14、阳极15、筒状阴极16。筒状阴极16发射出的电子被稳压放电电源形成的极间电场加速，与通过进气口17进入的氦气原子进行碰撞，使其激发或电离产生离子、亚稳态以及其他谐振激发态原子。通过选择较低的放电电压减少离子的含量；利用原子束发生室的喷嘴2使少量的谐振激发态原子和离子淬灭；谐振激发态原子寿命很短，经过喷嘴2发生衰变。最后剩下大量的亚稳态原子由喷嘴2喷出形成亚稳态原子束6。

亚稳态原子束6进入与喷嘴2相连的原子束源系统的准直系统。原子束源系统的准直系统包括漏勺3、斩波器4、激光准直系统5。如图1所示，漏勺3对准斩波器4以及激光准直系统5。由于漏勺3的作用，亚稳态原子束6由漏勺3再出射时其发散角已被减小，实现了初级准直。实现初级准直后的亚稳态原子束6经过压缩纵向速度的斩波器4，实现纵向准直，形成原子束17。如图4所示，激光准直系统5是由四束圆偏振的激光束18、激光束19、激光束20、激光束21两两对射形成的激光场。原子束17垂直通过激光准直统5时，四束激光在两个互相垂直的方向上对原子束17的横向速度提供阻尼力，使原子束17的横向速度及其发散角大大减小，从而实现了横向准直。原子束17通过激光准直系统5后，进一步提高了单色性，形成准单色亚稳态氦原子束7。