Measurements of bremsstrahlung spectra of Lanzhou ECR Ion Source No. 3 (LECR3)

In order to diagnose the electron cyclotron resonance (ECR) plasma, electron bremsstrahlung spectra were measured by a HPGe detector on Lanzhou ECR Ion Source No. 3 at IMP. The ion source was operated with argon under various working conditions, including different microwave power, mixing gas, extraction high voltage (HV), and so on. Some of the measured spectra are presented in this article. The dependence of energetic electron population on mixing gas and extraction HV is also described. Additionally, we are looking forward to further measurements on SECRAL (Superconducting ECR Ion Source with Advanced design at Lanzhou).

A high charge state all-permanent magnet ECR ion source for the IMP 320 kV HV platform

A 320 kV high voltage (HV) platform has been constructed at Institute of Modern Physics (IMP) to satisfy the increasing requirements of experimental studies in some heavy ion associated directions. A high charge state all-permanent magnet ECRIS-LAPECR2 has been designed and fabricated to provide intense multiple charge state ion beams (such as 1000 e mu A O6+, 16.7 e mu A Ar14+, 24 e mu A Xe27+, etc.) for the HV platform. LAPECR2 has a dimension of 0 650 mm x 560 mm. The powerful 3D magnetic confinement to the ECR plasma and the optimum designed magnetic field for the operation at 14.5 GHz makes it possible to obtain very good performances from this source. After a brief introduction of the ECRIS and accelerator development at IMP, the conceptual design of LAPECR2 source is presented. The first test results of this all-permanent magnet ECRIS are given in this paper.

Lanzhou all permanent ECR ion source No.1 - LAPECR1

The Lanzhou All Permanent magnet ECR ion source NO. 1 (LAPECR1) is the first all permanent magnet multiple ECRIS made in IMP. This ECRIS is running at 14.5GHz and can provide intense low charge state ion beams (varying from several to hundreds of e mu A) or medium charge state ion beams (varying from several to tens of e mu A). The size of source body is circle divide 102mmx296mm, the compactness and economical features enable the source suitable to be put on a HV platform or equipped by a small laboratory. This article gives the main parameters of the ion source.

关于强流ECR质子源氢等离子体发射光谱的诊断研究；OES diagnostics of H_2 plasma in an intense ECR proton source

本文通过发射光谱诊断方法,用H_2等离子体的辐射碰撞模型对连续溃入的微波功率和全永磁磁场约束下产生高密度的H_2等离子体进行光谱诊断,计算出一定放电条件下(微波功率200-700 W,压强0-2 Pa)H~+的密度为1010-1011 cm~(-3),另外讨论了实验中观察到的Balmer系氢原子发射光谱强度随放电条件的变化规律。

ECR等离子体的轫致辐射谱和极紫外光研究

本论文对电子回旋共振（ECR）等离子体发出的轫致辐射谱和极紫外光做了系统的实验研究，并对ECR等离子体的工作机制及新的应用前景进行了探索。 在ECR等离子体中，热电子对于离子的形成、约束以及整个等离子体的能量平衡具有重要意义，而由电子发出的轫致辐射谱则包含了电子的能量、密度等信息，因此，测量等离子体发出的轫致辐射谱作为一种非侵入式的诊断方式，成为等离子体诊断的有力手段。为了研究ECR等离子体中热电子这个重要组成部分，我们对三台高电荷态ECR离子源的轫致辐射谱进行了系统测量，并通过对实验谱的拟合得到一个代表等热电子平均能量的参量——光谱温度Tspe。通过测量不同工作参数下（例如微波频率、功率，约束磁场，掺气，负偏压等）等离子体的轫致辐射谱，深入研究了ECR离子源的这些工作参数对热电子能量及密度的影响，并对ECR等离子体中与电子加热及等离子体约束相关的一些物理问题进行了探索性的研究和讨论，在此基础上，对一些已在ECR离子源界得到广泛应用但其物理机制尚不十分清晰的经验性规律及技巧（如Scaling laws，掺气效应，负偏压效应等），做出了新的解释。其中的创新点有：通过对ECR等离子体轫致辐射谱的测量，首次从电子加热的角度诠释了在ECR源领域得到普遍认可的有关约束磁场的Scaling laws；首次实验观察到在磁场分量Blast≈Bext时，离子源的约束和引出之间的关系达到最佳，而当Bext小于Blast较多时，等离子体的约束将遭到较严重的破坏；实验观察到热电子能量随共振区磁场梯度的减弱而提高，并分别从单粒子轨道模型和电磁波在等离子体中的传播两个角度对这一现象进行了分析；基于实验现象，从抑制等离子体不稳定性的角度出发对掺气效应做出了新的解释。 由于在未来光刻及显微成像等领域的广泛应用前景，极紫外（EUV）和软X射线光源目前是国际上的研究热点，而ECR等离子体作为一种高离化态的等离子体，为EUV和软X射线光源的发展提供了一条新思路。为了研究ECR等离子体作为EUV光源的可行性，我们对其发出的波长在13.5nm附近的窄带宽EUV光功率进行了初步测量，在超导ECR离子源——SECRAL上，测量到了超过2W的窄带宽EUV光功率（2π sr），这是目前国际上利用ECR等离子体产生并测量到的EUV光功率中的最好结果，这一结果证明了ECR等离子体作为EUV光源的潜力，但在发射强度、转化效率等方面还需做出很大的改进，本论文给出了相应的研究发展思路

ECR离子源及其引出系统

本论文第一部分主要描述 GCR（电子回旋共振）离子源的现状、发展和ECR离子源的重要物理机制。在此基础上，着重在于介绍我参加安装和调试的 2.45GHz 全永磁单电荷态 ECR 离子源和 14.5GHz 高电荷电荷态 ECR 离子源的结构、磁场场型、引出系统、微波系统、性能和调试结果，并简要介绍某些金属离子的产生方法。第二部分首先介绍了离子源引出系统的要求、离子源引出系统的分类、衡量出了系统好坏的各参数。其次阐述了 ECR 离子源引出系统的基本原理。然后给出了 14.5GHz 高电荷态 ECR 离子源的引出实验结果、模拟计算结果和它的引出系统结构，并设计了一套适合于 14.5GHz 高电荷态 ECR 离子源的三电极引出系统。最后，给出了 2.45GHz 单电荷态 ECR 离子源的引出系统设计和它的实验结果。

2.45GHzECR离子源及ECR离子源的磁场设计和计算

本文第一章介绍了高电荷态电子加旋共振（ECR）离子源发展情况，对其发展的几个方向作了一定的讨论，着重介绍了IMP高电荷态ECR离子源。第二章讨论了ECR离子源的加热原理，并讨论了低电荷态ECR离子源的加热情况。在ECR离子源中，磁场有着重要的作用，磁场场面设计和计算也ECR离子源物理设计中关键的一环。第三章讨论了ECR离子源的磁场设计和计算。在设计、加工几例磁场系统的基础上，利用计算与实测结果对离子源的磁场设计和计算作了一定程度的讨论。并使用二维POSSION、三维TOSCA程序对超导离子源进行了初步设计和计算。第四章着重讨论了两个2.45GHzECR离子源实验台。描述了一台2.45GHz单电荷态ECR离子源的结构与应用。介绍了其微波系统与磁场结构，并对该离子源的一些问题进行了讨论。在微波输入功率约600瓦，引出高压22KV，引出孔径为φ6mm，引出间隙6mm时，该离子源的总束流I(H_1~+ + H_2~+ + H_3~+)为 90mA。同时，介绍了一台2.45GHz多电荷态ECR实验台的设计。

ECR离子源高真空微调针阀控制系统

本论文首先介绍ECR（电子回旋共振）离子源的基本原理及其发展，在此基础上讲述了近物所的14.5GHzECR离子源的结构和特点。本论文主要内容是介绍所研制的适用于30KV高压端的ECR离子源高真空微调针阀控制系统。此系统被控对象是位于ECR源上的高真空微调针阀，它与地面之间有20～30KV的电位差。论文中首先阐述此控制系统研究的背景，并对ECR离子源电气参数控制的特点进行了说明。根据被控对象的情况以及对系统提出的指标，详细讲述了此控制系统的软、硬件实现。硬件包括步进电机、步进电机驱动器、轴编码器等。软件包括译码编程。然后从总体介绍此控制系统的功能结构，再分步讲述发射器、接受器、译码等各功能模块的实现过程。此控制系统的最大特点是使用光路实现高压绝缘，这为解决位于ECR离子源高压端器件的控制问题提出新思路。本系统的光路采用红外线发射接收系统，以空气为传输介质，依据光信号的有无接收控制信息，此方式效果好、易于实现。在系统中，使用光路传输装置定位，聚集透镜聚集，增加信号强度，提高抗干拢能力。而且此光路传输系统价格便宜，易于实现，可靠性好。在整个控制系统方案调研期间，对各种控制方式进行了比较和实验，在此基础上，确定了一个比较经济实用和具有高可靠性的方案。经过设计电路原理图、绘制印制线路板、加工印制线路板、购买元器件、组装电路后，首先成功地进行了离线调试，最后，将整个系统模拟实际环境进行调试实验。整个系统实现了稳定可靠的工作，达到了预期的设计指标，精度好于要求的千分之一。由于时间紧张和条件的限制，该系统还未在现场设备上进行实验。因此，在今后的工作中，此控制系统还需要在条件具备时，在现场设备上进行实验和考验。此外，为满足国家大科学工程兰洲重离子冷却储存环的要求，我参与了在14.5GHz ECR离子源上进行afterglow工作模式的实验，首次产生了高电荷态脉冲束流Ar~(11+)和Ar~(12+)。论文最后一部分给出了初步实验结果，并对结果进行了分析和解释。

ECR离子源发射度探测器的研制

成功研制一套适合于ECR离子源引出束流发射度测量的探测器ESS（Electric-SweeP Scanner）。该探测器主要由测量探头、机械驱动装置、计算机控制及数据获取系统组成。ESS探测器所采用的测量方法是双狭缝加电扫描法，具有速度快、精度高，能够比较直观的反映束流的发射度相图、相空间密度分布等特点，是目前ECR离子源引出束流发射度测量的有效手段。本论文对发射度探测器ESS的原理、结构及物理和技术设计作了较详细的描述，并给出了相应的设计图纸及数值模拟结果。最后，利用Ess探测器对LECR3（Lanzhou No.3）离子源引出的04＋离子束的发射度作了初步测量。当04＋引出束流为343μA日寸，初步测量所得水平方向的发射度为227mm·mrad（约90％束流），并给出了相应的束流发射度相图和束流相空间密度分布。

高电荷态ECR离子源的设计与实验研究

本文详细论述了三种各具特色的高电荷态ECR离子源的设计与研制，它们分别是：14．SGHz全永磁高电荷态ECR离子源LAPEC咫、传统常温ECR离子源GTS、混和超导ECR离子源HECRIS。另外，还从理论与实验两个方面对ECR离子源多电荷态离子束流的引出进行了详细研究。设计研制了一台高性能14．SGHz全永磁ECR离子源LAPECRZ，该离子源的设计尺寸为杯50mm*560mm，重量可达9ookg以上，为目前世界上体积与重量最大、设计参数最高的全永磁ECR离子源。全永磁离子源的尺寸增大一些，其加工与研制所存在的难度将会有质的变化。研制LAPEC形所存在的技术难度大大超过了以往所有全永磁ECR离子源。LAPECR2的磁场参数为：注入磁场1 ．4T，如果加注入端辅助铁扼，磁场可达2．6T；引出磁场为1 ．1T；六极永磁体在弧腔内壁产生的最大径向磁场的设计值为1．22T，实际加工得到的磁场大小为1．2T，与计算结果基本一致。该离子源的设计采用了多种特殊技术与方法以提高引出高电荷态离子束流强度，如：双层含铝衬底的等离子体弧腔、铝制等离子体电极、冷阴极电子枪（注入端负偏压电极）、旁轴微波直接馈入与等离子体位置相对于磁场可调等等。目前，我们已开始源体的组装。GTS离子源为目前世界上运行性能最好的常温ECR离子源之一。它的设计指导思想是ECR离子源的经验结论scaling Laws，高磁场、高磁镜比，高磁场梯度是该离子源磁场设计的主要特点。设计时充分考虑了多频加热机制，允许多频功率同时馈入弧腔：IOGHz＋14GHz＋18GHz＋ZSGHz。良好的磁场约束、灵活的磁场结构设计、高频率大功率微波馈入、大体积弧腔、足够的冷二次电子注入、优良的真空抽气系统、以及有效的束流引出系统等等都是该离子源高性能表观的原因。经过近一年半的优化与调试，该离子源运行性能优良，能产生很多领先国际伺类ECR源的离子束流，如：1.95emAO6+，O·semAArll”，o．15e拜AArl犷，31Oe瘩建叙e，哪se拼A豁岁”与0.4eμAXe39+为18GHz时调试的结果：1.OemAAr8+，1.8eμAAr17+24OeμAXe20+ ，20eμAxe30+与0.3oe从Axe38＋为在14GHz调试的最好结果。该离子源已多次为原子物理实验提供了Ar17+与Ar18+等高电荷态离子束流。HECRIS是一台高性能混和超导ECR离子源，其各项设计参数均高于GTS源，以保证该离子源能具有比GTS更好的性能。它的最小B场型设计继续沿袭现在ECR离子源设计惯用的Scaling Laws设计思想。该离子源采用较高频率的微波馈入，设计运行范围为18GHz-24GHz。该离子源着重于在运行调试中实现对轴向最小磁场Bmin的调节与匹配，这里采用两组超导线包进行辅助调节。径向磁约束由一个能在弧腔内壁产生1．6T径向磁场的六极永磁体提供，它强磁场设计与部分磁块存在的退磁问题的解决也是该离子源的一大特点与难点。文中还详细讨论一个高性能的Halbach结构六极永磁体的设计方法。分别从永磁材料选取、物理尺寸优化、结构选择等角度，结合理论分析与PolssON，PERMAG和TOscA3D程序的模拟计算结果，对六极永磁体的性能进行了全面的分析，提出两种确定六极永磁体中存在退磁磁块的办法，并且提出了一种用高极化矫顽力永磁材料替代退磁磁块中所采用的永磁材料的解决办法。对多电荷态ECR离子源的引出进行了理论与实验两方面的研究。利用PBGUNS程序，对ECR离子源的引出系统进行了一定的理论分析。通过模拟计算，详细地论述了引出系统的各主要物理参数对ECR离子源引出离子束流品质的影响。这些得到的结果，对设计一套高性能的ECR离子源引出系统具有一定的指导意义。结合理论分析，我们还设计完成了一系列关于ECR离子源引出系统的实验，来研究多电荷态离子束流的引出与短距离传输。采用电扫描发射度测量系统（ESS）探测离子束流在x与y方向的发射度，用两个荧光靶分别在束运线不同位置探测束流的束斑形状，并利用一个亮度探测器对束斑相对亮度进行探测。通过多组实验结果的处理，分别分析了离子源的几个主要参数如磁场、微波、掺气、偏压等对引出束流品质的影响并结合相关理论给予了解释，通过对混合多电荷态离子束流的三电极引出实验结果的讨论，建立了一个关于高电荷态ECR离子源束流引出的较为清晰的物理图象。

高电荷态ECR离子源游离机制及激光应用研究

本文论述了高电荷态ECR离子源的最新进展和原理；介绍了10GHz ECR2高电荷态离子源的设计特点和调试结果。在此离子源上发现了ECR离子源的新工作模式和新约束场形，新工作模式不同于传统工作模式的地方是在ECR离子源引出端注入低能电子；推动等离子体电极到更靠近高电荷态离子的约束区域；移动等磁压面使ECR等离子体向引出区域移动。新工作模式使ECR离子束流强度大为提高，得到Ar8+离子430μA、Ar9+离子320μA、O6+离子450μA；微波利用系数增加；工作气体气耗量减少。本文对新工作模式原理进行了详细的分析和讨论，得出高电荷态ECR离子源的一个重要结论，即引出端低能电子的注入比在注入端注入更有效。 本文还进行了将连续激光蒸发技术应用到ECR离子源中的研究。在10GHz ECR2离子源中使用50W连续CO2激光蒸发金属铝，得到Al6+离子约50μA。在此基础上根据ECR离子源新工作模式原理，提出了在ECR离子源引出端使用热阴极电子枪的设想，并阐述了其工作原理和设计。在激光离子源实验中发现强激光产生的等离子体具有独特的性质，如方向性、脉冲性和漂移性。在实验中使用磁场约束激光等离子体而使离子总束流提高了5倍，并首次使用了高频再游离措施，发现效果很明显，使得离子总束流提高了3倍。由此可见，可以利用脉冲激光产生等离子体的一些特殊性质来研究和改善ECR离子源的一些基本性质。 此外，在本论文中还介绍了2.45GHz ECR离子源实验台的设计和初步调试。

高饱和电流14xx nm应变量子阱激光器的研制

报道了14xx nm应变量子阱(SQW)激光器管芯的研制成果。通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长工艺生长14xx nm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片，采用带有锥形增益区的脊型波导结构制作激光器管芯。生长好的外延片按照双沟脊型波导激光器制备工艺进行光刻、腐蚀，制作P面电极(溅射TiPtAu)、减薄、制作N面电极(蒸发AuGeNi)，然后将试验片解理成Bar；为获得高的单面输出功率，用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR)进行腔面镀膜，HR=90%，AR=5%；解理成的管芯P面朝下烧结到铜热沉上，TO3封装后在激光器综合测试仪进行测试。管芯功率达到440 mW以上，饱和电流3 A以上，峰值波长1430 nm，远场发散角为40°×14°。

InP衬底表面的H_2/N_2等离子体清洁技术

该文介绍了用电子回旋共振(ECR)H_2/N_2等离子体去除InP衬底表面的氧、碳原子的方法，并保持了InP衬底表面原有的有序结构，给出了这种处理方法的工艺条件，对这种方法的优越性进行了系统的分析和讨论，得出了一些有价值的结论。

Applications of dielectric thin film by electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition for semiconductor photoelectronic devices

The paper reports a method of depositing SiO2, SiNx, a:Si, Si3N4 and SiOxNy dielectric thin films by electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition (ECR CVD) on InP, InGaAs and other compound semiconductor optoelectronic devices,and give a technology of depositing dielectric thin films and optical coatings by ECR CVD on Laser's Bars. The experiment results show the dielectric thin films and optical coatings are stable at thermomechanical property,optical properties and the other properties. In addition, the dielectric thin film deposition that there is low leakage current is reported for using as diffusion and ion implatation masks in the paper. In the finally, the dielectric film refractive index can be accurately controlled by the N-2/O-2/Ar gas flow rate.