[发明专利]波长可调谐的单色真空紫外光源输出装置及方法

说明书

本发明公开了一种波长可调谐的单色真空紫外光源输出装置及方法。本发明将激光系统产生的两束基频光以小角度斜入射至混频系统中的聚焦透镜的边缘，四波混频产生的真空紫外光及残留的基频光因在同一介质中的折射率不同而以不同角度从聚焦透镜中出射，从而将真空紫外光与基频光进行分离，此设计在保证真空紫外光源单色性的同时，因无需增加额外的光学元件而使真空紫外光源的能量损耗降至最小；当需要改变真空紫外光源波长之时，除改变基频光的波长之外，只需调节透镜偏离中心位置的距离，而基频光的入射方向及真空紫外光源的出射方向始终不变，从而简化了将基频光引入混频系统的光路系统，也使所输出的真空紫外光源兼具可调谐性及可准直性。

技术领域

本发明涉及一种波长可调谐的单色真空紫外光源输出装置及方法，通过调节聚焦透镜偏离中心位置的距离及用于四波混频的基频光的波长，实现真空紫外光源与其它光源之间的分离，从而获取出射方向保持不变、波长可调谐、能量损耗率最小的单色真空紫外光源。

背景技术

自1960年激光发明以来，因其高亮度、单色性、准直性等优点为物理化学研究中原子、分子及自由基的探测提供了一类重要的实验工具。目前，受限于激光介质吸收特性的影响，商用激光器只能在可见光和紫外区域产生较强的激光。但是，大多数原子、分子或自由基的电子激发态位于真空紫外区域，因此基于激光技术的光激发电离探测往往采用的是可见光波段的多光子电离。

相比于单光子电离技术，多光子电离的探测灵敏度极低，为了提高探测效率，实验上采用真空紫外光源作为电离源是唯一行之有效的解决方案。然而，除了采用氟气放电技术研制的准分子激光器可产生固定的几个特殊波长的真空紫外光源之外，可输出波长可调谐的真空紫外光源的装置只有同步辐射和自由电子激光器这类大型激光器。这些装置的造价极其昂贵，体积庞大，构造复杂，特别是自由电子激光器在同一时间段只能服务于单一实验线站，导致整个光源的使用效率大大折扣。

鉴于此，一般实验室往往是借助于四波混频技术这一光学非线性效应来产生波长可调谐的真空紫外光源作为电离源的。所谓四波混频技术，是非线性光学中的互调现象，其中两个或三个波长之间的相互作用产生两个或一个新的波长。目前四波混频中最为常见的非线性介质是氪气、氙气、汞蒸气等气体。例如氪气，处于电子基态(4p⁶)的氪原子通过双光子共振吸收两个212.5nm(ω₁)的光子后被激发到电子激发态(4p⁵5p)，然后在845nm(ω₂)激光诱导下受激辐射至4p⁵5s附近的某个虚态，最后跃迁回基态并发射出121.6nm的真空紫外光，整个过程中所涉及的激光的波长满足公式：ω_VUV＝2ω₁-ω₂，通过调节ω₂的波长可以获得波长可调谐的真空紫外光源。然而，四波混频过程中除了差频光2ω₁-ω₂之外，和频光2ω₁+ω₂、三倍频光3ω₁也会同时产生，用于四波混频的基频光ω₁和ω₂也会残留。通常情况下，和频光与三倍频光的波长位于极紫外区域，无法透过混频池前端的氟化镁或氟化锂材质的聚焦透镜或窗片，但可见光或紫外波段的基频光ω₁和ω₂却能透过氟化镁或氟化锂材质的光学元件，导致最终制备的真空紫外光源混杂着其它波段的光源。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种波长可调谐的单色真空紫外光源输出装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明中的装置由混频系统、激光系统以及检测系统所组成。