[发明专利]波导馈入式微波耦合等离子体发生装置

摘要

本发明的波导馈入式微波耦合等离子体发生装置，属于微波能应用技术领域。由波导部分和同轴谐振腔部分组成；所述的波导部分包括标准波导(2)、波导‑同轴转换锥(11)、短路活塞(12)和调节杆(13)；同轴谐振腔部分包括外导体(1)、内导体(3)、中管(4)、内管(5)、样品管(6)、样品入口(7)、内层气入口(8)、中层气入口(9)、外层气入口(10)、冷却环(14)和阻抗匹配锥(15)。本发明的装置，无射频同轴连接器与微波天线的功率输入限制，具有馈入功率大，稳定工作时间长、微波能耦合效率高等优点。

主权项

1.一种波导馈入式微波耦合等离子体发生装置，由波导部分和同轴谐振腔部分组成；其特征在于，所述的波导部分包括标准波导(2)、波导-同轴转换锥(11)、短路活塞(12)和调节杆(13)；同轴谐振腔部分包括外导体(1)、内导体(3)、中管(4)、内管(5)、样品管(6)、样品入口(7)、内层气入口(8)、中层气入口(9)、外层气入口(10)、冷却环(14)和阻抗匹配锥(15)；/n标准波导(2)的第一端口连接微波发生系统，在标准波导(2)第一端口与第二端口之间的长度方向垂直安装同轴谐振腔的外导体(1)和波导-同轴转换锥体(11)，并且锥体中心轴线与外导体(1)中心轴线重合，波导-同轴转换锥(11)为中空的圆台体，或中空的梯形体；标准波导(2)的第二端口由短路活塞(12)封闭，短路活塞(12)与调节杆(13)相连；/n外导体(1)、内导体(3)、中管(4)、内管(5)、样品管(6)按由外到内的顺序依次嵌套且同轴，样品管(6)、内管(5)、中管(4)和内导体(3)在所构成的谐振腔出口端面处齐平，样品管(6)、内管(5)、中管(4)、内导体(3)与外导体(1)构成嵌套同轴结构的微波谐振腔，该谐振腔的特性阻抗范围为50～80欧姆；/n外导体(1)在标准波导(2)的第一端口和第二端口之间，与标准波导(2)的长度方向垂直相交，当所述的波导-同轴转换锥(11)为单侧锥时，外导体(1)的高度为所用微波波长的(2n+1)/4倍，其中n＝0、1、2或3；当所述的波导-同轴转换锥(11)为双侧锥时，外导体(1)分成上下两部分，外导体(1)的上半部分的底面与波导-同轴转换锥(11)的上锥体的下底面重合，外导体(1)的下半部分的顶面与波导-同轴转换锥(11)的下锥体的上底面重合，所述的波导-同轴转换锥(11)的上锥体和下锥体是两个沿标准波导(2)的中轴线上下对称的中空圆台，且高度之和小于标准波导(2)的高度，外导体(1)的内腔最低面与标准波导(2)中轴线的距离为所用微波波长的1/4倍，外导体(1)的内腔最低面与内腔最高面的距离为所用微波波长的(2n+1)/4倍，其中n＝1、2或3，外导体(1)为内部中空的金属圆柱体；/n当所述的波导-同轴转换锥(11)为单侧锥时，内导体(3)经过波导-同轴转换锥(11)直接与标准波导(2)的底部紧固；当所述的波导-同轴转换锥(11)为双侧锥时，内导体(3)与外导体(1)的底部紧固并封闭；内导体(3)为内部中空的金属圆柱体；/n中管(4)的外壁与内导体(3)在内导体(3)的下部封闭，形成底端封闭、顶部端面开放的外层气层流流动的环形间隙；中管(4)为内部中空的金属圆柱体；/n内管(5)的外壁与中管(4)在中管(4)的下部封闭，形成底端封闭、顶部端面开放的中层气层流流动的环形间隙；内管(5)为内部中空的金属圆柱体；/n样品管(6)的外壁与内管(5)在内管(5)的下部封闭，形成底端封闭、顶部端面开放的内层气层流流动的环形间隙；样品管(6)为内部中空的圆柱体；/n样品入口(7)位于样品管(6)的底端轴线位置，样品经过样品入口(7)进入样品管(6)，并在同轴谐振腔出口侧端面流出，进入等离子体，被等离子体激发、电离；/n内层气入口(8)位于内管(5)下部靠近内管(5)底端的径向位置，采用径向进气方式；内层气通入由内管(5)内表面与样品管(6)外表面构成的环形间隙，并以层流状态在同轴谐振腔出口侧端面流出，电离后形成内层等离子体；/n中层气入口(9)位于中管(4)下部靠近中管(4)底端的径向位置，采用径向进气方式；中层气通入由中管(4)内表面与内管(5)外表面构成的环形间隙，并以层流状态在同轴谐振腔出口侧端面流出，电离后形成中层等离子体；/n外层气入口(10)位于内导体(3)下部靠近内导体(3)底端的径向位置，采用径向进气方式；外层气通入由内导体(3)内表面与中管(4)外表面之间的环形间隙，并以层流状态在同轴谐振腔出口侧端面流出，电离后形成外层等离子体；/n冷却环(14)安装于外导体(1)上端面下方的区间位置，冷却环(14)与外导体(1)紧密接触；冷却环(14)采用水冷或压缩空气制冷的方式冷却外导体(1)，以降低等离子体炬附近腔体的温度，保证同轴谐振腔能够长时间正常工作；/n阻抗匹配锥(15)安装于外导体(1)的上端面，并与外导体(1)的上端面紧密相连接；阻抗匹配锥(15)的下部开口尺寸与外导体(1)的内径尺寸相同，阻抗匹配锥(15)的内表面可以为锥面，也可以为球面，还可以为旋转的抛物线曲面，其高度大于或等于所用微波波长的1/4倍。/n