[发明专利]基于高次谐波产生的时间分辨角分辨紫外光电子能谱装置

说明书

本发明属于光电子能谱技术领域，特别涉及基于高次谐波产生的时间分辨角分辨紫外光电子能谱装置。包括光学平台光路、产生腔体、选择腔体以及复合腔体。光路部分包括用来产生极紫外光源的驱动激光光路和时间分辨光电子能谱实验中的泵浦光光路，泵浦光光路经过电动线性平移台上的直角反射镜，可精确改变光路光程；高次谐波产生腔体，在该腔体中，超强激光聚焦到氩气气体靶上，产生不同级次的高次谐波；高次谐波选择腔体，通过多层镀膜的极紫外反射镜来选择并聚焦能量为42eV的第二十七次谐波；复合腔体引入泵浦光，并使泵浦光与极紫外光源近共线的入射至样品表面。本发明实现了固体表界面时间分辨角分辨极紫外光电子能谱的测量。

技术领域

本发明属于光电子能谱技术领域，特别涉及一种基于高次谐波产生原理的超快极紫外光源与半球电子能量分析仪相结合的时间分辨角分辨极紫外光电子能谱仪装置

背景技术

紫外光电子能谱是探测固体表界面电子结构的最直接的手段，它利用光电效应原理，通过能量守恒以及动量守恒，可直接探测到固体表界面的能带结构信息，这对分析半导体催化剂与表面吸附分子的结合方式以及对新型的拓扑半导体材料的电子结构研究是至关重要的。

但是传统的极紫外光源多为电激发等离子体放电得到特征的谱线，比如氦灯等极紫外光源。这些光源均为连续性光源或者脉宽较长的光源，这些光源均不能用来做固体表界面电子结构的超快动力学测量。而电子动力学特性直接影响半导体的特性，比如非均相催化中固体催化剂的催化活性或者是芯片中半导体器件超快反应特性等等。因此，利用超快的极紫外光源，可以为很多领域提供技术参考。

目前，超快的极紫外光源主要有三种，分别为同步辐射光源，自由电子激光以及高次谐波光源。而后者相对于前两者最明显的优势就是占地面积小，具有实验室普适性，并且机时充足，经费低。过去的二十年，高次谐波光源经历了快速的发展，通过不断的优化与改进，得到的高次谐波光源信号稳定，强度也越来越高。也有越来越多的研究组利用这一光源进行了超快时间分辨光电子能谱实验。KM labs公司有直接出售高次谐波光源，这种光源信号强且稳定，但是对于光路的稳定以及精细程度要求都非常高，并且原件的更换也非常的麻烦。本专利提供了一种自行设计的，安装便捷且使用方便的高次谐波产生装置。结合光电子能谱采集装置，可实现材料时间分辨角分辨光电子能谱的采集。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种方便使用和维护的极紫外光源系统，并通过真空互联的装有半球电子能量分析仪的主分析腔，借助电动平移台以及时间分辨程序实现了时间分辨角分辨光电子能谱的采集。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：基于高次谐波产生的时间分辨角分辨紫外光电子能谱装置，包括超快光源部分、光电子谱分析腔体；

所述超快光源部分包括顺次连接的光学平台上的光路部分、高次谐波产生腔体、选择腔体以及泵浦-探测复合腔体，所述高次谐波产生腔体、选择腔体以及泵浦-探测复合腔体均为真空腔体；

所述光电子谱分析腔体部分为真空腔体，连接有电子能量分析仪与样品台。

相邻腔体之间安装有闸板阀。

所述超快光源部分内设置掺钛蓝宝石激光器和设有直角反射镜的电动线性平移台；

掺钛蓝宝石激光器经分束片将激光分为两束光，一束光作为泵浦光，通过直角反射镜射入泵浦-探测复合腔体；另一束光作为高次谐波产生过程的驱动激光，通过半波片和偏振片来调节光强，再使用凸透镜聚焦至产生腔体内。

所述高次谐波产生腔体为驱动激光与气体靶相互作用的腔体；驱动激光通过凸透镜聚焦，并从产生腔体窗口入射；气体靶部分为一根薄壁不锈钢管，其竖直放置，一端密封，另一端通过法兰连接至腔体外部的气体源，通过气体压力控制器控制气体源中气体进入真空腔体中的不锈钢管的气压；装置工作时，驱动激光聚焦到不锈钢管中心，并将其击穿，之后与管内气体相互作用，产生的高次谐波与驱动激光共线入射至选择腔体。