DE2650123A1 - ATTACHMENT TO REDUCE THE POLLUTION OF A LENS FOR BEAM FOCUSING BY MATERIAL DAMPER, IN PARTICULAR FOR THE PURPOSES OF LASER MICROSPECTRAL ANALYSIS AND LASER BEAM MATERIAL PROCESSING - Google Patents

Description

JSNA GmbHJSNA GmbH

!Eitel: Torsatz zur "Verminderung der Verschmutzung eines Ob- -. jektives zur Strahlfokussierung durch Materialdämpfe, insbesondere für Zwecke der Laser-Mikrospektralanalyse und der Laserstrahl-Materialbearbeitung ! Eitel: Goal set for "reducing the soiling of an objective -. Jektives for beam focusing by material vapors, especially for the purposes of laser microspectral analysis and laser beam material processing

Anwendungsgebiet:Field of use:

Die Erfindung betrifft einen Torsatz zur Verminderung der Terschmutzung eines Objektivs zur Strahlfokussierung durch Materialdämpfe. Der Torsatz eignet sieh besonders für Zwecke der Laser-Mikrospektralanalyse und der Laserstrahl-Materialbearbeitung. The invention relates to a gate set for reducing the soiling of an objective for beam focusing through material vapors. The goal set is particularly suitable for the purposes of laser microspectral analysis and laser beam material processing.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristics of the known technical solutions:

Es ist üblich, in der Laser-Mikrospektralanalyse zum Schutz vor verdampfenden Probenanteilen die Fokussieroptik mit einer Schutzplatte zu versehen. Ein Teil des verdampften Probenmaterials wird gegen diese Schutzplatte geschleudert und bildet dort eine dünne, schwer zu entfernende Schicht, die die !Transmission des optischen Systems erheblich, u. TJ. sogar auf weniger als 50 fo herabsetzt. Es ist auch bereits eine Methode bekannt geworden, bei der die Terschmutzung durch Einblasen eines Gasstromes in den Raum zwischen Probe und optischem System vermindert wird. Dieses verfahren ist jedoch zu umständlich, um allgemein Anwendung zu finden.It is common in laser microspectral analysis to provide the focusing optics with a protective plate to protect them from evaporating sample components. Part of the vaporized sample material is thrown against this protective plate and forms a thin, difficult-to-remove layer there, which considerably reduces the transmission of the optical system, etc. even reduced to less than 50 fo . A method is also already known in which the dirt is reduced by blowing a gas stream into the space between the sample and the optical system. However, this method is too cumbersome to be used in general.

Ziel der Erfindung:Aim of the invention:

Zur Termeidung dieser Nachteile hat sich deshalb die Erfindung die Aufgabe gestellt, mit einem Objektiv-Torsatz-To avoid these disadvantages, the Invention set the task with a lens door set

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Satz eine einfache, wenig auf wendige Vorrichtung zur Verminderung der Verschmutzung des optischen Systems zur Fokussierung zu schaffen.Set a simple, little agile device for reducing the contamination of the optical system to create focusing.

Darlegung des Wesens der Erfindung: Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vorsatz aus einem probenseitig die Frontfläche des Objektivs umgebenden Gehäuse besteht, welches an seiner der Irontfläche gegenüberliegenden Wandung eine Strahlendurchtrittsöffnung besitzt, deren Innenwand ein zahnförmiges Profil aufweist. Statement of the essence of the invention: According to the invention, the object is achieved in that the attachment consists of a housing surrounding the front surface of the lens on the sample side, which has a radiation passage opening on its wall opposite the Iront surface, the inner wall of which has a tooth-shaped profile.

Es ist von Vorteil, wenn sich die Strahlendurchtrittsöffnung in Richtung zum Innenraum des Gehäuses konisch erweitert. It is advantageous if the beam passage opening widened conically in the direction of the interior of the housing.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn im Innenraum des Gehäuses auf dem Rand der Strahlendurchtrittsöffnung ein Ring aufliegt.Furthermore, it is advantageous if in the interior of the housing on the edge of the beam passage opening Ring rests.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn Mittel zur Kühlung des Gehäuses vorgesehen sind.Finally, it is advantageous if means are provided for cooling the housing.

Beim Auftreffen eines Laserstrahls auf eine Probe verdampft ein Teil des Probenmaterials. Das verdampfte Probenmaterial bildet ein rasch expandierendes Mikroplasma. Ein Teil dieses Mikroplasmas gelangt durch die Strahlendurchtrittsöffnung in den Innenraum des als Vorsatz für das Objektiv dienenden Gehäuses, wobei die im Innenraum befindliehe Luft komprimiert wird und die Ausbreitung des Plasmas hemmt. Durch die besondere Formgebung der Strahlendurchtrittsöffnung und des Innenraumes des Gehäuses wird erreicht, daß es beim Eintritt des Mikroplasmas In das Gehäuse" zu einer Wirbelbildung bei gleichzeitiger Plasmaabkühlung kommt, so daß nur noch ein kleiner Anteil des verdampften Materials auf das optische System gelangt, der sich mit einfachen Mitteln entfernen läßt. Die Transmission des Objektivs kann dadurch gleichbleibend erhalten und die Reproduzierbarkeit der Materialab tragung und der Spektrallinienanregung verbessert werden«Vaporized when a laser beam hits a sample part of the sample material. The vaporized sample material forms a rapidly expanding microplasma. A Part of this microplasma passes through the beam passage opening into the interior of the as an attachment for the objective serving housing, the air located in the interior is compressed and the expansion of the Inhibits plasmas. Due to the special shape of the beam passage opening and the interior of the housing achieves that when the microplasma enters the housing "a vortex is formed with simultaneous plasma cooling comes so that only a small portion of the vaporized material reaches the optical system, the can be removed with simple means. The transmission of the lens can thereby be kept constant and the reproducibility of the material removal and the spectral line excitation be improved"

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Ausführungsbeispiele: 2 D O U I L ο Embodiments: 2 DOUI L ο

Die Erfindung soll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und den Figuren 1,2 und 3 näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 im. Schnitt eine schematische Darstellung desThe invention is to be explained in more detail with reference to the following exemplary embodiments and FIGS. 1, 2 and 3. Show it:
Fig. 1 in. Section a schematic representation of the

erfindungs gemäß en Tors at ζ es,according to the invention Tors at ζ es,

Fig. 2 und 3 im Schnitt eine schematische Darstellung von weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vorsatzes. FIGS. 2 and 3 show a schematic representation in section of further advantageous embodiments of the attachment according to the invention.

In 3?ig. 1 trägt ein Objektiv 1 prob ens eit ig als Yorsatz ein Gehäuse 3» welches an seiner der Prontflache des Objektivs gegenüberliegenden Wandung eine Strahlendurchtrittsöffnung 4 besitzt. Ein Laserstrahlenbündel L wird in üblicher Weise durch das Objektiv 1 auf einen Brennfleck B auf der Oberfläche einer Probe 2 fokussiert. Dabei entsteht in einem Raumwinkel <*- ein aus verdampftem Probenmaterial bestehendes'Mikroplasma, dessen Bestandteile vom Brennfleck B aus radial weggeschleudert werden. Ein Teil des Mikroplasmas gelangt durch die mit einer Zahnung 5 versehene Strahlendurchtrittsöffnung 4 in das Gehäuse 3 mit seinem Innenraum β. Die Zahnung verursacht Wirbel, die die flugrichtung der verdampften Materialteilchen der Probe beeinflussen und diese zum größten Teil gegen die Innenwände des Gehäuses leiten, wo sie sich niederschlagen. Hur ein geringer Anteil des Materialdampfes wird in Sichtung der !Frontfläche einer Linse 6 das Objektive gelenkt. TJm ein Beschlagen der Linse 6 durch diesen Materialdampf zu verhindern, wird'sie zusätzlich mit einer frontschutzplatte 7 versehen. Die sich auf der Frontschutzplatte niederschlagende dünne Schicht läßt sich dann ohne große Mühe entfernen. Die Dimension des Innenraums 8 bestimmt sich aus dem Aperturwinkel des Objektivs 1.In 3 ig. 1, an objective 1 carries a housing 3 on its test surface as a pre-set the wall opposite the lens has a beam passage opening 4 owns. A laser beam L is in the usual way through the lens 1 on one Focal spot B focused on the surface of a sample 2. This arises in a solid angle <* - a 'microplasma consisting of evaporated sample material, whose Components are thrown away from the focal point B radially. Part of the microplasma gets through the beam passage opening provided with teeth 5 4 in the housing 3 with its interior β. The serration creates vortices that direct the flight direction of the affect evaporated material particles of the sample and for the most part, they lead against the inner walls of the housing, where they are deposited. Hur a small proportion of the material vapor is in sight of the! front surface a lens 6 steered the objective. TJm a fogging To prevent the lens 6 from being caused by this material vapor, it is additionally provided with a front protection plate 7. The thin layer deposited on the front protection plate can then be removed without great effort. The dimension of the interior 8 is determined from the aperture angle of the objective 1.

Eine noch größere Wirbelbildung erreicht man, wenn, wie in Hg. 2 dargestellt, die StrahlendurchtrittsöffnungAn even greater vortex formation is achieved if, as shown in Hg. 2, the beam passage opening

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eine konische Gestalt besitzt, d. h. diese sich in Richtung der Probe 3 hin verengt.has a conical shape, d. H. this narrows in the direction of sample 3.

Besonders starke Verwirbelung erzielt man mit einem Vorsatz nach fig. 3, bei dem im Innenraum 8 auf dem Rand der Strahlendurchtrittsöffnung 4 ein Ring 9 aufliegt. Einer weiteren Verringerung der Verschmutzung des Objektivs dient ein an der Außenwandung des Gehäuses 3 angebrachtes Kühlelement 10, z. B, ein !Peltier-Element. Das Gehäuse 3 kann auch als Kammer für spektroskopische Zwecke dienen und aus diesem Grunde mit lichtdurchlässigen Fenstern versehen sein. In diesem falle hat die Kammer die zusätzliche Aufgabe, die Verweilzeit des Materialdampfes in einem bestimmten Volumenelement zu erhöhen und durch die Verwirbelung die Homogenität des Dampfes zu verbessern. Der Vorsatz kann sowohl bei Verwendung von Linsen- als auch Spiegelobjektiven zur fokussierung der Laserstrahlung benutzt werden.Particularly strong turbulence is achieved with one Intent according to fig. 3, in which a ring 9 rests in the interior 8 on the edge of the beam passage opening 4. A further reduction in pollution of the Objective is a mounted on the outer wall of the housing 3 cooling element 10, z. B, a! Peltier element. The housing 3 can also serve as a chamber for spectroscopic purposes and for this reason with light-permeable Windows. In this case, the chamber has the additional task of determining the residence time of the Material vapor to increase in a certain volume element and through the turbulence the homogeneity of the vapor to improve. The attachment can be used for focusing using both lens and mirror lenses the laser radiation.

Es ist auch möglich, den Vorsatz als Auffänger in einem Zweistufen-Analysenverfahren zu verwenden. Der im Vorsatz sich niederschlagende Materialdampf wird dann zur Untersuchung in eine Gasentladung (z. B. Hohlkatodenlampe, Grimmsche Gasentladung usw.) eingebracht oder er dient als Ionenquelle für massenspektroskopische Analysen, ohne daß das Probenmaterial vorher aus dem Vorsatz herausgelöst werden muß.It is also possible to use the attachment as a catcher in a two-stage analytical process. The im Material vapor that is deliberately deposited is then transferred to a gas discharge (e.g. hollow cathode lamp, Grimm gas discharge, etc.) introduced or it serves as an ion source for mass spectroscopic analyzes without the sample material must first be removed from the attachment.

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Claims (4)

Erfindungs anspruchft Z O 5 U I 2 SInvention claims Z O 5 U I 2 S 1. Vorsatz zur Verminderung der Verschmutzung eines Objektivs zur Strahlfokussierung durch Materialdämpfe, insbesondere für Zwecke der Laser-Mikrospektralanalyse und der Las erstrahl-Materialbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatz aus einem probenseitig die Frontfläche des Objektivs umgebenden Gehäuse besteht, welches an seiner der Frontfläche gegenüberliegenden Wandung eine Strahlendurchtrittsöffnung besitzt, deren Innenwand ein zahnförmiges Profil aufweist.1. Purpose to reduce the contamination of a lens for beam focusing by material vapors, especially for the purposes of laser microspectral analysis and laser beam material processing, characterized that the attachment consists of a housing surrounding the front surface of the lens on the sample side, which on its opposite to the front surface Wall has a beam passage opening, the inner wall of which has a tooth-shaped profile. 2. Vorsatz nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß. sich, die Strahlendurchtrittsöffnung in Richtung zum Innenraum des G-ehäuses hin konisch erweitert.2. intent according to item 1, characterized in that. the beam passage opening in the direction of the The interior of the G-ehousing widened conically. 3. Vorsatz nach. Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des G-ehäuses auf den Rand der Strahlendurchtrittsöffnung ein Ring aufliegt.3. intent after. Claim. 1 and 2, characterized in that that in the interior of the G-ehäuses a ring rests on the edge of the beam passage opening. 4. Vorsatz nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kühlung des G-ehäuses vorgesehen sind.4. intent according to point 1, 2 and 3, characterized in that that means for cooling the G-ehäuses is provided are. 31203120 709846/0639709846/0639 ORiGfH INSPECTEDORiGfH INSPECTED