[发明专利]一种具有空间分辨能力的深紫外角分辨光电子能谱光源

说明书

提供了一种具有空间分辨能力的深紫外角分辨光电子能谱光源，包括依次连接的连续激光器(1)、基频光调节模块、深紫外激光产生模块、深紫外激光整形与准直模块、深紫外激光功能实现模块，其中后三个模块设置于真空腔内。基频光调节模块主要用于调节由连续激光器(1)输出的基频光功率与偏振方向；深紫外激光产生模块用于构建基频光与KBBF晶体相互作用产生倍频激光所需的必要环境；深紫外激光整形与准直模块用于对倍频激光进行光束整形和扩束准直；深紫外激光功能实现模块用于对深紫外激光的偏振特性调整，然后对深紫外激光的亚微米级聚焦。本发明构建出的光源同时具备高能量分辨能力和高空间分辨能力。

技术领域

本发明总体地属于高超真空凝聚态物理表征技术领域，具体涉及一种具有空间分辨能力的深紫外角分辨光电子能谱光源。

背景技术

ARPES(Angle-resolved photoemission spectroscopy，角分辨光电子能谱技术)是一种通常以同步辐射或激光作为探针光源，利用光电效应原理，直接探测固体的空间电子能带结构(电子数密度分布)的实验方法。它可以给出被研究样品(通常是单晶材料)中价电子的方向、速度和散射过程的信息，即获得关于电子能量和动量的信息，从而得到关于能带色散和费米表面的详细特征。

同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置，它是一种的高性能新型强光源。激光是原子受激辐射产生的光，被激发出来的光子束，光学特性高度一致。相比利用相对论性电子(或正电子)在磁场中偏转时产生的同步辐射光源，激光的单色性好，亮度高，方向性好。同时，以激光作为ARPES光源具有高能量分辨率，偏振可调，低成本等特点。特别的，对于激光光学系统，可以通过一系列的透镜组合，将激光聚焦到1um以下，从而在微纳尺度上实现对样品的表征。然而，受金属材料的功函数限制，只有位于深紫外波段的激光光源具备激发出物质材料中光电子的能力，但该波段下激光传输受水汽吸收衰减影响极大，因此，设计一套在真空条件下，针对深紫外激光的光路系统，对实现同时具备高能量分辨能力和高空间分辨能力的ARPES光源具有极大的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有空间分辨能力的深紫外角分辨光电子能谱光源，该光源作为在真空条件下，针对深紫外激光的光路系统，同时具备高能量分辨能力和高空间分辨能力，用于样品不同纵深位置的全空间扫描。

本发明的技术方案是，一种具有空间分辨能力的深紫外角分辨光电子能谱光源，它包括依次连接的连续激光器、基频光调节模块、深紫外激光产生模块、深紫外激光整形与准直模块和深紫外激光功能实现模块；所述基频光调节模块用于对连续激光器产生激光的基频光功率与偏振方向进行调整；所述深紫外激光产生模块包括KBBF晶体，用于针对经所述基频光调节模块调整后的激光构建基频光与KBBF晶体相互作用产生倍频激光所需的包括满足激发功率阈值与相位匹配条件的必要环境，所述匹配条件是指光束偏振方向和入射角度与KBBF晶体的晶格匹配；所述深紫外激光整形与准直模块用于对倍频激光进行整形，并对整形后的光束进行扩束准直；所述深紫外激光功能实现模块用于对激光的偏振特性调整，同时对激光进行亚微米级聚焦；所述连续激光器的输出波长为355nm；所述深紫外激光产生模块、深紫外激光整形与准直模块和深紫外激光功能实现模块设置于真空腔内；经所述深紫外激光功能实现模块处理后输出的激光波长177nm，光子能量7eV，聚焦光斑具有1um空间分辨能力。

进一步的，上述基频光调节模块包括沿连续激光器发出激光传播的垂直方向依次设置的格兰泰勒棱镜和第一半波片；所述格兰泰勒棱镜可旋转角度，用于将连续激光器辐射出的偏振未知的连续激光转化成线偏振光输出，通过旋转格兰泰勒棱镜的设置角度以改变转化能量比例，从而实现对原出射激光的起偏和功率控制；第一半波片用于对已经被偏振的线偏光偏振方向进行调节，以满足深紫外激光产生模块中倍频晶体KBBF晶体中所需要的相位匹配条件。

更进一步的，上述格兰泰勒棱镜的角度为将基频光功率控制在1W左右以使该系统连续稳定运行。