本發(fā)明屬于光電子能譜儀領(lǐng)域，特別是涉及一種光路切換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

角分辨光電子能譜儀(arpes)是在超高真空環(huán)境下利用光電效應(yīng)直接觀測(cè)固體材料的電子結(jié)構(gòu)的方法，被譽(yù)為“一個(gè)可以看見電子結(jié)構(gòu)的顯微鏡”，是觀察固體材料電子結(jié)構(gòu)的最佳利器。而激勵(lì)光源是角分辨光電子能譜儀能夠正常工作的關(guān)鍵組成，其作用是激發(fā)電子逸出被測(cè)材料表面。目前常規(guī)角分辨光電子能譜儀一般采用稀有氣體電離作為激發(fā)光源。但隨著角分辨光電子能譜儀技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備開始配置深紫外激光光源(duv)以及具有時(shí)間分辨的周期超短脈沖高次諧波光源(hhg)等先進(jìn)光源以充分發(fā)揮角分辨光電子能譜儀的優(yōu)勢(shì)。角分辨光電子能譜儀集成深紫外激光光源，可大大提高樣品穿透能力從而可以很好甄別表面和體電子效應(yīng)，同時(shí)可以用于表面下一定深度的界面電子態(tài)的研究(如用于研究界面二維電子氣或界面超導(dǎo)等現(xiàn)象)，突破傳統(tǒng)arpes的研究范圍；集成周期超短脈沖光源，可以發(fā)展雙光子光電子能譜技術(shù)，獲得電子的時(shí)域行為和非平衡狀態(tài)下的電子結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)的電子能譜測(cè)量不具有時(shí)間分辨能力的限制。

在角分辨光電子能譜儀配備多種激勵(lì)光源的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備在服役狀態(tài)下各種光源相互自由切換格外重要。因此，本發(fā)明提供一種光路切換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種光源之間的自由切換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光路切換系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中角分辨光電子能譜儀集成不同激勵(lì)光源后各光源之間的相互切換問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種光路切換系統(tǒng)，所述光路切換系統(tǒng)至少包括：

真空管路；

設(shè)置在真空管路一端的樣品系統(tǒng)腔，用于放置待測(cè)樣品；

設(shè)置在所述真空管路上至少兩個(gè)光源光路腔，用于分別引入不同的光源，其中，每個(gè)光源光路腔配備有離子泵和真空閥門；

設(shè)置在所述真空管路上且位于所述樣品系統(tǒng)腔和所述光源光路腔之間的真空調(diào)節(jié)腔。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述光源光路腔中安裝有電動(dòng)平移臺(tái)、高度調(diào)節(jié)平臺(tái)、電動(dòng)鏡架以及光闌；

所述電動(dòng)平移臺(tái)固定在所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)上；

所述電動(dòng)鏡架固定在所述電動(dòng)平移臺(tái)上，所述電動(dòng)鏡架上安裝有反射鏡，

所述光闌安裝在高度調(diào)節(jié)平臺(tái)上，用于調(diào)節(jié)光路。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述電動(dòng)平移臺(tái)通過(guò)螺絲固定在所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)上，所述電動(dòng)鏡架通過(guò)螺絲固定在所述電動(dòng)平移臺(tái)上。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述真空調(diào)節(jié)腔中安裝有光闌和活動(dòng)的聚焦透鏡。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述樣品系統(tǒng)腔的光線入射口也具有真空閥門。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述樣品系統(tǒng)腔為角分辨光電子光譜儀。

作為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)的一種優(yōu)化的方案，所述光源光路腔為兩個(gè)，一個(gè)定義為第一光源光路腔，所述第一光源光路腔用于實(shí)現(xiàn)超短脈沖探測(cè)光和紅外泵浦光的共軸合束；另一個(gè)定義為第二光源光路腔，所述第二光源光路腔用作深紫外激光的光路調(diào)節(jié)。

如上所述，本發(fā)明的光路切換系統(tǒng)，包括：真空管路；設(shè)置在真空管路一端的樣品系統(tǒng)腔，用于放置待測(cè)樣品；設(shè)置在所述真空管路上至少兩個(gè)光源光路腔，用于分別引入不同的光源，其中，每個(gè)光源光路腔配備有離子泵和真空閥門；設(shè)置在所述真空管路上且位于所述樣品系統(tǒng)腔和所述光源光路腔之間的真空調(diào)節(jié)腔。本發(fā)明的光路切換系統(tǒng)可以解決角分辨光電子能譜儀集成不同激勵(lì)光源后各光源之間的相互切換問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在測(cè)試過(guò)程中各種光源能夠相互自由切換的實(shí)際需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)整體示意圖。

圖2為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)中光源光路腔結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3為本發(fā)明光路切換系統(tǒng)中光源光路腔側(cè)視圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1真空管路

2樣品系統(tǒng)腔

3待測(cè)樣品

4光源光路腔

41第一光源光路腔

42第二光源光路腔

401電動(dòng)平移臺(tái)

402高度調(diào)節(jié)平臺(tái)

403電動(dòng)鏡架

404光闌

51、52離子泵

61、62、63、64真空閥門

7真空調(diào)節(jié)腔

71透鏡伸縮機(jī)構(gòu)

8角閥

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱附圖。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明提供一種光路切換系統(tǒng)，所述光路切換系統(tǒng)至少包括：真空管路、樣品系統(tǒng)腔、至少兩個(gè)光源光路腔以及真空調(diào)節(jié)腔。所述樣品系統(tǒng)腔設(shè)置在真空管路一端的，用于放置待測(cè)樣品；所述光源光路腔設(shè)置在所述真空管路上，用于分別引入不同的光源，其中，每個(gè)光源光路腔配備有離子泵和真空閥門；所述真空調(diào)節(jié)腔設(shè)置在所述真空管路上且位于所述樣品系統(tǒng)腔和所述光源光路腔之間。

下面以兩個(gè)光源光路腔為例進(jìn)行說(shuō)明。具體請(qǐng)參閱附圖1～圖3。

系統(tǒng)主要包括：兩個(gè)光源光路腔4和一個(gè)真空調(diào)節(jié)腔7以及一個(gè)樣品系統(tǒng)腔2，各個(gè)腔體之間通過(guò)真空管路1連接，再輔助以各種真空閥門、離子泵以及光學(xué)元件等。

其中一個(gè)光源光路腔4定義為第一光源光路腔41，所述第一光源光路腔41主要用作時(shí)間分辨的超短脈沖探測(cè)光和紅外泵浦光的共軸合束之用，也可以稱作合束真空腔。這兩種光分別沿不同路徑進(jìn)入第一光源光路腔41，并在第一光源光路腔41中合成一束光。另一個(gè)光源光路腔4定義為第二光源光路腔42，所述第二光源光路腔42主要用作深紫外激光的光路調(diào)節(jié)之用，也可以稱作反射真空腔。

所述真空調(diào)節(jié)腔7目的是真空差分以使得真空管路1真空達(dá)到可以與超高真空要求的樣品系統(tǒng)腔2(例如角分辨光電子能譜儀系統(tǒng))連通的程度，同時(shí)在該腔室里安裝了活動(dòng)光闌和活動(dòng)的聚焦透鏡(未予以圖示)起到光路調(diào)節(jié)和光束聚焦之目的。所述聚焦透鏡通過(guò)真空調(diào)節(jié)腔7上的透鏡伸縮機(jī)構(gòu)71來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。

為了使光路達(dá)到超高真空的要求，兩個(gè)光源光路腔4和真空調(diào)節(jié)腔7都配備了高抽速的離子泵51、52。采用離子泵51、52而不采用常規(guī)分子泵的原因是為了避免由于光學(xué)元件等的振動(dòng)導(dǎo)致的光路的不穩(wěn)定。同時(shí)在兩個(gè)光源光路腔4中均裝配了電動(dòng)平移臺(tái)和電動(dòng)鏡架以實(shí)現(xiàn)在真空條件下調(diào)節(jié)光路的要求。

具體地，如圖2和3所示為兩個(gè)光源光路腔4內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。所述光源光路腔4中安裝有電動(dòng)平移臺(tái)401、高度調(diào)節(jié)平臺(tái)402、電動(dòng)鏡架403以及光闌404。

所述電動(dòng)平移臺(tái)401固定在所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)402上，通過(guò)所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)402上的旋鈕可以調(diào)節(jié)電動(dòng)平移臺(tái)401到合適的位置和高度。所述光闌404安裝在所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)402上用于調(diào)節(jié)光路。所述電動(dòng)鏡架403固定在所述電動(dòng)平移臺(tái)上401，所述電動(dòng)鏡架403上安裝有反射鏡，通過(guò)所述電動(dòng)平移臺(tái)401的移動(dòng)，使反射鏡安裝在合適位置，從而使進(jìn)入腔中的光線可以順利沿著真空管路進(jìn)入所述真空調(diào)節(jié)腔7中，最后照射在待測(cè)樣品3的表面。

優(yōu)選地，所述電動(dòng)平移臺(tái)401通過(guò)螺絲(例如，穿孔真空螺絲)固定在所述高度調(diào)節(jié)平臺(tái)402上，所述電動(dòng)鏡架403通過(guò)螺絲(例如，穿孔真空螺絲)固定在所述電動(dòng)平移臺(tái)401上。

所述真空調(diào)節(jié)腔7中安裝有光闌和活動(dòng)的聚焦透鏡。光束通過(guò)所述光源光路腔4之后，先通過(guò)真空調(diào)節(jié)腔7的光闌，再通過(guò)聚焦透鏡將光束聚焦在待測(cè)樣品3的表面。所述聚焦透鏡可以通過(guò)一透鏡伸縮機(jī)構(gòu)71來(lái)實(shí)現(xiàn)聚焦透鏡從真空調(diào)節(jié)腔3移進(jìn)和移出。

在所述樣品系統(tǒng)腔2的光線入射口也具有真空閥門63。在真空管路1及各腔體的真空度未與樣品系統(tǒng)腔2中的真空度匹配前，該閥門63是關(guān)閉的，等到光源光路腔4和真空調(diào)節(jié)腔7抽真空達(dá)到可以與樣品系統(tǒng)腔2連通的程度時(shí)，將該閥門63打開。

所述真空管路1上還設(shè)置有輔助每個(gè)離子泵啟動(dòng)抽真空的角閥(附圖1中只展示了角閥8)。在利用真離子泵抽真空之前，利用角閥8可以使真空管路1預(yù)先達(dá)到一定的真空。

本實(shí)施例中，利用光路切換系統(tǒng)進(jìn)行光路切換的具體操作過(guò)程如下：

1)在角分辨光電子能譜測(cè)試前，如果先采用深紫外激光作為激發(fā)光源，則需要關(guān)閉第一光源光路腔41，打開第二光源光路腔42，具體為：關(guān)閉真空閥門62，通過(guò)第二光源光路腔42的角閥(未予以圖示)將第二光源光路腔2和真空調(diào)節(jié)腔3抽真空至開啟離子泵52后關(guān)閉角閥，待離子泵52抽真空直至達(dá)到其可以與角分辨光電子能譜儀系統(tǒng)連通的程度，打開真空閥門63，使得真空管路1與樣品系統(tǒng)腔(arpes主腔)連通，然后調(diào)節(jié)第二光源光路腔2的電動(dòng)平移臺(tái)401和電動(dòng)鏡架403，使得深紫外光能夠通過(guò)裝在真空調(diào)節(jié)腔7中的光闌直至順利照射到待測(cè)樣品3的表面，在調(diào)好光路后將真空調(diào)節(jié)腔7中的聚焦透鏡移入光路中，其作用是聚焦深紫外光使照射到樣品的光斑足夠小以提高角分辨光電子能譜儀的空間分辨力，這時(shí)就可以進(jìn)行arpes測(cè)試了，測(cè)試完，關(guān)閉真空閥門63，將真空調(diào)節(jié)腔7中的聚焦透鏡移出光路。

2)如果需要采用hhg作為激發(fā)光源，則需要進(jìn)一步打開第一光源光路腔41，具體為：關(guān)閉可以透過(guò)超短脈沖探測(cè)光的真空閥門64(該閥門具有一透明窗口，通過(guò)透明窗口可以透過(guò)超短脈沖探測(cè)光而用于產(chǎn)生超短脈沖探測(cè)光的氣體無(wú)法通過(guò)，紅外泵浦光則從腔體頂部進(jìn)入)，打開第一光源光路腔41的真空閥門61，通過(guò)角閥8將第一光源光路腔41抽真空至開啟離子泵51后關(guān)閉角閥8，待離子泵51將第一光源光路腔41抽真空直至達(dá)到其可以與第二光源光路腔42連通的程度，打開真空閥門62，此時(shí)第一光源光路41、第二光源光路腔42、真空調(diào)節(jié)腔7經(jīng)過(guò)三級(jí)差分后真空度達(dá)到可以與樣品系統(tǒng)腔2(arpes主腔)連通的程度，打開真空閥門63，使得真空管路1與樣品系統(tǒng)腔2(arpes主腔)連通，然后將第二光源光路腔42的反射鏡通過(guò)電動(dòng)平移臺(tái)移出光路，調(diào)節(jié)第一光源光路腔41的電動(dòng)平移臺(tái)和電動(dòng)鏡架，使得hhg光能夠通過(guò)裝在真空調(diào)節(jié)腔7的光闌直至順利照射到被測(cè)樣品3處，這時(shí)可以進(jìn)行arpes測(cè)試了。

3)測(cè)試完成后，首先關(guān)閉閥門63使得真空管路1不再與arpes主腔連通，然后關(guān)閉閥門62，關(guān)閉閥門61，打開閥門64。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例提供的光路切換系統(tǒng)應(yīng)用在角分辨光電子光譜儀中，但是，應(yīng)當(dāng)知曉，實(shí)際上本發(fā)明的光路切換系統(tǒng)可用于任何需要激勵(lì)光源的光電子能譜儀系統(tǒng)中。

由此可見，本實(shí)施例提出的光路切換系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在角分辨光譜儀測(cè)試過(guò)程中深紫外光源和超短脈沖高次諧波光源相互自由切換。以上以兩種光源之間的切換為例進(jìn)行說(shuō)明，而對(duì)于兩種以上的光源之間的切換，利用本發(fā)明的系統(tǒng)也可以自由切換。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。