一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種先進(jìn)材料研究的光電能譜系統(tǒng)，特別涉及一種利用高重復(fù)頻率的 極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 光電能譜是基于光電效應(yīng)[1]，使用單色高能光子從樣品上激發(fā)出光電子，利用產(chǎn) 生光電子的動(dòng)能、強(qiáng)度和角分布等信息來(lái)研究原子、分子、凝聚相，尤其是固體表面的電子 能帶結(jié)構(gòu) [2]，甚至能夠了解原子核內(nèi)層電子的運(yùn)動(dòng)情況。而當(dāng)單色激發(fā)光從連續(xù)光變成脈 沖激光時(shí)，光電能譜就具有了時(shí)間分辨的功能，利用超短脈沖激光分辨出樣品表面電子的 激發(fā)過(guò)程，能夠在時(shí)間尺度上分辨出電子運(yùn)動(dòng)、復(fù)合，弛豫等超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程 [3]，為人類了 解新型材料、精密操控材料的生長(zhǎng)、以及研究將來(lái)工業(yè)化應(yīng)用提供了一種先進(jìn)的研究手段。
[0003] 以往，極紫外脈沖光源可通過(guò)同步輻射裝置獲得[4]，但同步輻射設(shè)備占地面巨大， 成本極高，一般需要國(guó)家層面支持建設(shè)，而且同步輻射光源的脈寬一般在皮秒量級(jí)，時(shí)間分 辨的能力受到限制。近年來(lái)，隨著固體飛秒脈沖激光技術(shù)的發(fā)展 [5]，以鈦寶石作為增益介質(zhì) 的高功率飛秒脈沖激光被用于激發(fā)惰性氣體，產(chǎn)生極紫外激光高能量光子[6]，從而在系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)及成本上，使得超快時(shí)間分辨的光電子能譜變得更實(shí)用化。
[0004] 超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)要求超短脈沖激光光源的重復(fù)頻率較高，最好為 (lOOkHz-lMHz)m。因?yàn)橹貜?fù)頻率越高，測(cè)量過(guò)程中的信噪比也就越好，空間電荷效應(yīng)也能 被降低。另外，重復(fù)頻率越高也能有效的減少數(shù)據(jù)采集時(shí)間。測(cè)量時(shí)間越短，過(guò)程對(duì)固體激 光器的穩(wěn)定性，系統(tǒng)所處的環(huán)境（溫度，濕度，振動(dòng)）要求越低。更為關(guān)鍵的減少測(cè)量的時(shí) 間能防止樣品本身的特性隨著測(cè)量過(guò)程發(fā)生變化，干擾測(cè)量結(jié)果。
[0005] 但是，目前使用的鈦寶石高功率飛秒激光主要通過(guò)再生放大或多通放大來(lái)獲得高 功率的脈沖激光，最高平均功率功率通常不超過(guò)10W。為了激發(fā)產(chǎn)生極紫外光子要求單脈 沖的能量接近~lmj，因此激光的重復(fù)頻率被約束在幾千赫茲（lkHz-lOkHz)量級(jí)。因此， 導(dǎo)致一次光電能譜數(shù)據(jù)測(cè)量需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，動(dòng)輒數(shù)天，甚至一周，不利于測(cè)試結(jié)果的 信噪比，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及測(cè)試的可靠性。并且這樣的激光系統(tǒng)制造、維護(hù)難度高，價(jià)格昂貴。 因此，行業(yè)內(nèi)急需開(kāi)發(fā)一種低成本的，可靠性好的高重復(fù)頻率極紫外超快時(shí)間分辨光電能 譜系統(tǒng)。
[0006] 參考文獻(xiàn)：
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0014] 本發(fā)明目的，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)當(dāng)下高功率固體激光器激發(fā)產(chǎn)生極紫 外光子重復(fù)頻率過(guò)低，導(dǎo)致光電能譜測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且系統(tǒng)裝置穩(wěn)定性不高，不利于在一般 環(huán)境中應(yīng)用等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)裝 置。
[0015] 本發(fā)明技術(shù)方案，一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)，包括：基 于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)，極紫外超短脈沖轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，光學(xué)參 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及超短脈沖栗浦-探測(cè)光電能譜系統(tǒng)；基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超 短脈沖激光系統(tǒng)，通過(guò)光纖啁嗽脈沖放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率超短脈沖激光的輸出，高重 復(fù)頻率的超短脈沖激光輸出通過(guò)分束片一分為二，其中一部分輸出通過(guò)極紫外超短脈沖轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)產(chǎn)生極紫外超短脈沖激光，作為栗浦光；另一部分輸出通過(guò)光學(xué)參量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生 可見(jiàn)-紅外超短脈沖激光，作為探測(cè)光；栗浦光和探測(cè)光共同進(jìn)入超短脈沖栗浦-探測(cè)光電 子能譜系統(tǒng)，通過(guò)探測(cè)光電子能譜系統(tǒng)中合束器入射至探測(cè)光電能譜系統(tǒng)的光能能譜測(cè)量 儀；
[0016] 所述基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)包括超短脈沖鎖模 振蕩器，光纖脈沖展寬器，脈沖重復(fù)頻率變換器，級(jí)聯(lián)光纖放大器，脈沖壓縮/整形器；所述 級(jí)聯(lián)光纖放大器包括隔離器，增益光纖和栗浦源；
[0017] 所述極紫外超短脈沖激光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括極紫外超短脈沖激光產(chǎn)生器以及極紫外 超短脈沖激光單色儀；
[0018] 所述光學(xué)參量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過(guò)非線性晶體將栗浦激光轉(zhuǎn)換至紫外或紅外波段；
[0019] 所述超短脈沖栗浦-探測(cè)光電能譜系統(tǒng)包括：時(shí)間同步裝置，栗浦光和探測(cè)光合 束器以及光電子能譜儀；
[0020] 所述極紫外超短脈沖激光產(chǎn)生器，極紫外超短脈沖激光單色儀，栗浦光和探測(cè)光 合束器及光電子能譜儀均位于真空系統(tǒng)中。
[0021] 進(jìn)一步的，所述極紫外超短脈沖激光產(chǎn)生器將高能脈沖激光聚焦至特定惰性氣體 產(chǎn)生極紫外脈沖激光，還包括激光聚焦器件，多維調(diào)整機(jī)構(gòu)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述極紫外超短脈沖激光單色儀包括分光光柵，或者濾波片，或者多層 鏡，反射鏡及其多維調(diào)整結(jié)構(gòu)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述栗浦光和探測(cè)光合束器包括反射鏡，聚焦鏡，多維調(diào)整機(jī)構(gòu)。
[0024] 所述光電能譜儀包括半球分析儀，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等用于光電能譜的設(shè)備。
[0025] 進(jìn)一步的，真空系統(tǒng)包括：激光輸入窗口，觀察窗口，真空產(chǎn)生系統(tǒng)，真空測(cè)量系 統(tǒng)。
[0026] 進(jìn)一步的，所述光電能譜儀包括半球分析儀，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等用于光電能譜的 設(shè)備。
[0027] 本發(fā)明有益效果：本發(fā)明所提供的一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能 譜系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：
[0028] 1、采用所述基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)，本系統(tǒng)的激 光源能夠提供100ΚΗz- 1MHz的重復(fù)頻率，大大縮短能譜測(cè)量時(shí)間，提高能譜信號(hào)的信噪 比。
[0029] 2、采用所述基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)，用戶可以調(diào) 節(jié)脈沖重復(fù)頻率變換器自行改變脈沖重復(fù)頻率。
[0030] 3、采用所述基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠 通過(guò)增加級(jí)聯(lián)光纖放大器的級(jí)數(shù)，提高單脈沖能量。
[0031] 4、采用所述的極紫外超短脈沖激光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠提供光譜和時(shí)間分辨率 較好的脈沖，進(jìn)行光電能譜探測(cè)。
[0032] 6、對(duì)比于其他采用傳統(tǒng)固體激光器的光電探測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)提供了一種更加緊 湊，更加有效的裝置，既節(jié)約成本，也減小占地面積，以便其在一般實(shí)驗(yàn)室的使用和推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0034] 圖2為本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)中真空系統(tǒng) 部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中整個(gè)光電能譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中極紫外脈沖激光產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖6為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中極紫外超短脈沖激光單色儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖7為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中栗浦光和探測(cè)光合束器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖8為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中光電能譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖9為根據(jù)本發(fā)明一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系統(tǒng)的實(shí)施 例中真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 1-基于光纖啁嗽脈沖放大的高重復(fù)頻率超短脈沖激光系統(tǒng)；1. 1-超短脈沖鎖模 振蕩器；1. 2-脈沖展寬器；1. 3-脈沖重復(fù)頻率變換系統(tǒng)；1. 4-級(jí)聯(lián)光纖放大器；1. 4. 1-隔 離器；1. 4. 2-增益光纖；1. 4. 3-隔離器；1. 4. 4-栗浦源；1. 5-脈沖壓縮/整形器；
[0043] 2-極紫外超短脈沖激光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；2. 1-極紫外脈沖超短脈沖激光產(chǎn)生系統(tǒng)； 2. 1. 1-激光輸入窗口；2. 1.2-凸透鏡；2. 1.3-稀有氣體盒子；2. 1.4-多維調(diào)整機(jī)構(gòu)； 2. 1. 5-極紫外激光輸出窗口；2. 2-極紫外超短脈沖激光單色儀；2. 2. 1-激光輸入窗口； 2. 2. 2-曲面反射鏡；2. 2. 3-閃耀光柵；2. 2. 4-曲面反射鏡；2. 2. 5-狹縫；2. 2. 6-激光輸出 窗口；
[0044] 3-超短脈沖栗浦-探測(cè)光電子能譜系統(tǒng)；3. 1-時(shí)間同步裝置；3. 2-栗浦光和探測(cè) 光合束器；3. 2. 1-探測(cè)光輸入口；3. 2. 2-栗浦光輸入窗口；3. 2. 3-平面反射鏡；3. 2. 4-曲 面反射鏡；3. 2. 5-合束輸出窗口；3. 3-光電子能譜儀；3.3. 1-合束輸入窗口；3. 3. 2-真空 反應(yīng)腔；3. 3. 3-樣品固定架；3. 3. 4-半球電子能譜分析儀；
[0045] 4-光學(xué)參量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
[0046] 5-真空系統(tǒng)；5. 1-激光輸入窗口；5. 2-栗浦光輸入窗口；5. 3-觀察窗口；5. 4-真 空產(chǎn)生系統(tǒng)；5. 5真空測(cè)量系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以 下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0048]實(shí)施例：
[0049] 如圖3所示，本實(shí)施例記載了一種高重復(fù)頻率的極紫外超快時(shí)間分辨光電能譜系 統(tǒng)，包括基于光纖啁嗽脈沖放大的脈沖激光系統(tǒng)1，極紫外超短脈沖激光產(chǎn)生器2. 1，極紫 外超短脈沖激光單色儀2. 2,時(shí)間同步裝置3. 1，栗浦光和探測(cè)光合束器3. 2,光電子能譜儀 3. 3,光學(xué)參量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4。
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