本發(fā)明屬于超快現(xiàn)象與凝聚態(tài)物理相結合領域，具體涉及一種角分辨光電子能譜裝置及其測量方法。

背景技術：

1、當前凝聚態(tài)物理的一個重大挑戰(zhàn)是如何理解復雜材料中對其重要物性起決定性作用的物理機制，并利用這些已有材料的物理理解來尋找新型的材料提供重要指引。其中尤為引人關注的是量子材料，即不能用單電子能帶結構來描述的材料，如強關聯(lián)體系、低維納米材料、拓撲絕緣體、谷電子、重費米子、電荷密度波材料等。這些材料具有新穎的物性，如高溫超導、龐磁阻效應等有廣泛應用前景潛力的特性，然而由于這些體系中的晶格、電荷、自旋和軌道等自由度緊密關聯(lián)，如何分離其中各個自由度的作用并且找出起決定性作用的物理規(guī)律成為當今物理和材料學科的一個重大挑戰(zhàn)。

2、角分辨光電子能譜(angle?resolved?photoemission?spectroscopy,arpes)是研究材料能帶結構最直觀的手段，經過20年的持續(xù)發(fā)展，其動量和能量的分辨率不斷提高，為人們探索高溫超導中一些非常重要的物理現(xiàn)象提供了最有力的手段。通過超高分辨測量光電效應所產生的光電子動能和動量，人們能夠獲取固體內部激子的動能和動量信息。在銅氧化物高溫超導體的研究中，角分辨光電子譜對于揭示超導能隙的對稱性、非超導態(tài)的贗隙及電子-聲子作用起了關鍵性作用。然而由于量子材料體系中各種元激發(fā)緊密關聯(lián)，如何分離出對物性起決定作用的關鍵因素至今仍然是一個嚴峻的科學挑戰(zhàn)。把角分辨光電子譜延伸到超快時間(10-15秒-飛秒，甚至阿秒10-18秒)尺度上將使得本領域技術人員能進一步探測到電子的動態(tài)信息，并有望在不同時間尺度上把各種激發(fā)分離開來，為研究這些量子材料提供一個全新的窗口。超快時間分辨的角分辨光電子能譜儀可以拍攝相變過程中電子能譜的“電影”，獲取不同動量空間的電子的能量、動量和時間等多維度信息，直接揭示超導電子庫珀對的形成過程。這些信息將為揭示該材料中的絕緣體－超導相變提供重要信息，并且為最終解決高溫超導機制提供直接的實驗依據(jù)。

3、利用超短強激光脈沖與惰性氣體相互作用產生的高次諧波(hhg)可以獲得相干的euv光源，其光子能量從20～100ev，其脈沖寬度可以從幾十飛秒到幾十阿秒，是電子動力學行為等極端超快過程測量和調控的理想工具。將高次諧波源與具有動量、能量分辨能力的角分辨電子能譜儀相結合，實現(xiàn)超快時間分辨的arpes測量技術，可以獲得對固體內部激子的動能和動量的動態(tài)信息測量的能力，通過對人們所關心的強關聯(lián)體系材料中費米能級左右的一些能帶結構的時間分辨測量，實現(xiàn)對超導現(xiàn)象的深入研究。

4、雖然隨著arpes技術的日益成熟，其能量分辨可以小于1mev，但與超短脈沖激光結合發(fā)展的時間分辨arpes系統(tǒng)不可能同時實現(xiàn)很高的能量分辨和時間分辨。因為高能量分辨需要窄線寬激光，而窄線寬激光對應的脈沖寬度很長。作為折中方案，脈沖寬度大約100fs和能量分辨約100mev可以在時間分辨arpes系統(tǒng)上實現(xiàn)。另外一個制約能量分辨的因素是空間電荷效應，由于euv波段光子能量非常高，激光與樣品相互作用時很容易產生空間電荷效應，為此要降低激光的強度，最好的方法是增加重復頻率使得單脈沖能量降低，一般認為100khz以上的重復頻率比較合適。

5、arpes系統(tǒng)中的分析器有兩種：一種是半球型能量分析器，另一種的基于飛行時間(time-of-light,tof)的能量分析器。半球分析器利用一條狹縫進行選擇性過濾，只能探測到穿過狹縫的具有特性飛行方向的光電子，所以一次測量只能探測二維動量空間的一條線，要測量一個完整的費米面需要不斷旋轉樣品角度或電場偏轉進行多次測量，然后對測量結果進行插值來獲得一個完整三維能量-動量譜。這樣采集效率非常低，需要很長時間來采集數(shù)據(jù)，而且不能保證樣品狀態(tài)和光電子發(fā)射位置在測量過程中保持不變，和激光器的狀態(tài)是否一致。通過插值的方法得到樣品費米面形狀可能會與實際形狀有差別，尤其是費米能帶較多時。另外，由于半球分析器不是直接測量電子信號，需要的激光功率較強，當激光功率高時，由于非線性效應和空間電荷效應，獲得的電子信號強度和光電子數(shù)目表現(xiàn)出非線性增長的趨勢，從而影響了數(shù)據(jù)的可靠性。tof型能量分析器是通過光電子的飛行時間和延遲線探測器來探測電子的能量和角度信息，由于沒有狹縫，它能夠同時探測動量空間的一個平面從而直接得到三維的e-k譜圖，由于不用改變樣品角度，提高了數(shù)據(jù)的準確性，也提高了數(shù)據(jù)采集效率。另外，由于所需要的激光功率閾值降低和對光電子直接探測，探測效率和線性都大大提高，非常適合與高重復頻率低能量的超短脈沖激光結合來實現(xiàn)時間分辨arpes。

6、然而，目前并未有將半球分析器和tof分析器綜合使用裝置，將兩者綜合在一個裝置中，將發(fā)揮各自優(yōu)點，更有利于實現(xiàn)高時間分辨、高能量分辨的角分辨光電子能譜測量、并應用于凝聚態(tài)物質電子能級結構動力學測量

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種角分辨光電子能譜裝置及其測量方法。本發(fā)明的基于極紫外波段高次諧波結合半球分析器以及飛行時間分析器的角分辨光電子能譜儀，實現(xiàn)了高時間分辨、高能量分辨的角分辨光電子能譜測量、并應用于凝聚態(tài)物質電子能級結構動力學測量。

2、本發(fā)明綜合了半球分析器和tof分析器的優(yōu)點，將兩種探測器結合起來，共用一個高次諧波光源，分別實現(xiàn)高能量分辨和高時間分辨的角分辨光電子能譜測量，針對不同的樣品需求，發(fā)明人可以切換選擇半球分析器和/或tof分析器的arpes，實現(xiàn)多功能測量，為揭示材料中的絕緣體－超導相變提供重要信息，并且為最終解決高溫超導機制提供直接的實驗依據(jù)，也實現(xiàn)更高時間分辨和能量分辨的測量能力，滿足日益增長的科研用戶需求。

3、在闡述本
技術實現(xiàn)要素：
之前，定義本文中所使用的術語如下：

4、術語“arpes”是指：角分辨光電子能譜，英文名稱為angle?resolvedphotoemission?spectroscopy。

5、術語“tof”是指：飛行時間，英文名稱為time-of-light。

6、術語“xuv”是指：極紫外，英文名稱為extreme?ultraviolet，波段范圍通常為10～124ev。

7、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種角分辨光電子能譜裝置，所述角分辨光電子能譜裝置包括：

8、用于產生飛秒激光的激光器模塊；

9、用于產生并提取單級次高次諧波的高次諧波模塊；

10、用于產生高次諧波的泵浦光模塊；

11、用于將高次諧波聚焦到待測樣品上，并實現(xiàn)高次諧波的在光路上切換的高次諧波聚焦與光路切換模塊；和

12、用于采集待測樣品發(fā)射的光電信號的分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊；

13、其中：

14、所述分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊包括：半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊和飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊。

15、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，所述激光器模塊包括飛秒激光器和飛秒分束鏡，所述飛秒激光器發(fā)射出飛秒激光，經過所述飛秒分束鏡分為兩路激光；

16、所述飛秒激光的平均功率大于100w，優(yōu)選為大于150w，更優(yōu)選為大于200w；和/或

17、所述飛秒激光的脈沖寬度為30～200fs，優(yōu)選為30～150fs，更優(yōu)選為30～70fs。

18、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，所述高次諧波模塊包括按照激光傳播方向依次設置的：

19、高次諧波產生真空腔；

20、高次諧波切換真空腔；

21、單色儀真空腔；和

22、高次諧波光斑及能量測量真空腔；

23、優(yōu)選地，所述激光器模塊、所述高次諧波產生真空腔、所述高次諧波切換真空腔、所述單色儀真空腔、所述高次諧波光斑及能量測量真空腔在同一水平軸線上設置；其中，

24、所述高次諧波產生真空腔包括：氣體靶、高次諧波產生腔反射鏡和凹面反射鏡；

25、所述高次諧波切換真空腔包括切換帶孔鏡、金屬濾光片、極紫外波段反射鏡和光譜儀，所述光譜儀優(yōu)選為xuv光譜儀；

26、所述單色儀真空腔包括：單色儀輪胎鏡、光柵和狹縫；和/或

27、所述高次諧波光斑及能量測量真空腔包括光電二極管和光電二極管電動平移臺。

28、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，

29、所述高次諧波產生真空腔中：所述激光器模塊產生的飛秒激光經過模式匹配后，由所述凹面反射鏡聚焦到所述氣體靶上，所述氣體靶噴射惰性氣體，與所飛秒激光相互作用產生極紫外波段的高次諧波，經過所述高次諧波產生腔反射鏡后進入所述高次諧波切換真空腔；所述極紫外波段優(yōu)選為16～60ev，更優(yōu)選為16～55ev，進一步優(yōu)選為16～50ev；

30、所述高次諧波切換真空腔中：所述高次諧波與所述飛秒激光共軸傳輸，依次經過所述切換帶孔鏡和所述金屬濾光片將所述飛秒激光導出所述高次諧波切換真空腔外，所述高次諧波穿過所述切換帶孔鏡的小孔并由所述金屬濾光片濾掉所述飛秒激光，經過所述極紫外波段反射鏡導入所述光譜儀中和/或直線傳播進入所述單色儀真空腔中；

31、所述單色儀真空腔中：進入所述單色儀真空腔的高次諧波經所述一個單色儀輪胎鏡準直后進入所述光柵進行色散，色散后的光斑按照波長在空間上分離，經另一個單色儀輪胎鏡準直后由所述狹縫提取出單級次窄帶光譜，進入所述高次諧波光斑及能量測量真空腔；和/或

32、所述高次諧波光斑及能量測量真空腔中：所述光電二極管位于所述光電二極管電動平移臺上，以測量單級次窄帶光譜的高次諧波的功率；

33、優(yōu)選地，所述高次諧波切換真空腔還包括：切換鏡架和切換真空腔電動平移臺，所述極紫外波段反射鏡和切換鏡架共同設置在所述切換真空腔電動平移臺上；和/或

34、優(yōu)選地，所述單色儀真空腔還包括：狹縫電動平移臺、單色儀真空電動平移臺和單色儀真空旋轉臺，所述狹縫位于所述狹縫電動平移臺上，所述光柵位于所述單色儀真空電動平移臺和單色儀真空旋轉臺上。

35、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，所述泵浦光模塊包括按照激光傳播方向依次設置的：

36、泵浦反射鏡；

37、用于調節(jié)所述泵浦光與所述高次諧波之間延時的泵浦光延時調節(jié)真空腔；和

38、用于將所述泵浦光導入所述高次諧波聚焦與光路切換模塊的泵浦光導光腔；

39、優(yōu)選地，所述泵浦光延時調節(jié)真空腔包括：延時調節(jié)反射鏡、延時調節(jié)鏡架和延時調節(jié)電動平移臺。

40、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，所述高次諧波聚焦與光路切換模塊包括：聚焦輪胎鏡和聚焦電動平移臺；其中，

41、所述單色儀真空腔中的單色儀選取的單級次窄帶光譜高次諧波，由所述聚焦輪胎鏡聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上，獲得角分辨光電子能譜；和/或

42、所述單色儀真空腔中的單色儀選取的單級次窄帶光譜高次諧波，由所述聚焦輪胎鏡聚焦，與所述泵浦光在空間上重合，共同聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上；

43、優(yōu)選地，所述聚焦輪胎鏡安裝在所述聚焦電動平移臺上，通過移動所述聚焦電動平移臺以實現(xiàn)高次諧波在光路上的切換；和/或

44、優(yōu)選地，所述高次諧波聚焦與光路切換模塊還包括：聚焦帶孔鏡、聚焦反射鏡和聚焦分束鏡。

45、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，所述角分辨光電子能譜裝置包括：高次諧波導入真空腔；其中，

46、所述高次諧波導入真空腔安裝有電動鏡架的導入反射鏡；和/或

47、所述高次諧波導入真空腔將所述高次諧波聚焦與光路切換模塊輸出的高次諧波導入所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊中。

48、根據(jù)本發(fā)明第一方面的角分辨光電子能譜裝置，其中，

49、所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊采集待測樣品發(fā)射的光電子信號，獲得角分辨光電子能譜，通過改變所述泵浦光與所述高次諧波之間的時間延遲獲得時間分辨角分辨光電子能譜；和/或

50、所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊采集待測樣品發(fā)射的光電子信號，測量飛行時間和發(fā)射角度獲得角分辨光電子能譜，通過改變泵浦光與所述高次諧波之間的時間延遲獲得時間分辨角分辨光電子能譜。

51、本發(fā)明的第二方面提供了一種角分辨光電子能譜的測量方法，所述測量方法使用第一方面所述的角分辨光電子能譜裝置進行角分辨光電子能譜的測量；

52、優(yōu)選地，所述測量方法包括步驟：

53、所述激光器模塊產生飛秒激光并將其分為兩路，一路激光依次進入所述高次諧波模塊和所述高次諧波聚焦與光路切換模塊，并分別聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上；另一路激光依次進入所述泵浦光延時調節(jié)真空腔、泵浦光導光腔和所述高次諧波聚焦與光路切換模塊，與高次諧波束線在空間上重合，共同聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上。

54、本發(fā)明的第二方面提供了一種角分辨光電子能譜的測量方法，所述測量方法使用第一方面所述的角分辨光電子能譜裝置進行角分辨光電子能譜的測量；

55、優(yōu)選地，所述測量方法包括步驟：

56、所述飛秒激光器發(fā)射出飛秒激光，經過所述飛秒分束鏡分為兩路激光，一路激光依次進入高次諧波產生真空腔、高次諧波切換真空腔、單色儀真空腔和高次諧波光斑及能量測量真空腔，得到所述單級次窄帶光譜的高次諧波，進入所述高次諧波聚焦與光路切換模塊，聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上；另一路激光依次進入泵浦反射鏡、泵浦光延時調節(jié)真空腔和泵浦光導光腔，進入所述高次諧波聚焦與光路切換模塊，與所述單級次窄帶光譜的高次諧波在空間上重合，共同聚焦到所述半球型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的和/或所述飛行時間型分析器角分辨光電子能譜系統(tǒng)模塊的待測樣品上。

57、本發(fā)明共用一束高次諧波光源，可以切換提供給半球分析器arpes和tof型arpes，綜合了半球分析器arpes和tof型arpes兩種的優(yōu)勢，實現(xiàn)既有高時間分辨又有高能量分辨的角分辨光電子能譜的測量功能，最終發(fā)明為一種時間分辨arpes裝置，針對不同的樣品需求，我們可以切換選擇半球分析器和tof分析器的arpes，實現(xiàn)多功能的光電子能譜測量。

58、根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的時間分辨arpes裝置，包括高功率飛秒激光、高次諧波產生腔、單色儀、高次諧波的切換與聚焦腔、半球分析器arpes、tof分析器arpes、xuv平焦場光譜；

59、所述高功率飛秒激光用于產生1μm波段的飛秒激光，其典型的平均功率大于100w，脈沖寬度60fs，重復頻率為1mhz；

60、所述高次諧波產生腔體用于將高功率飛秒激光導入腔中與惰性氣體靶相互作用產生極紫外波段的諧波，典型的諧波是奇次諧波，級次從15到49階，波段可以從16～60ev；

61、所述單色儀用于高次諧波單級次窄帶光譜的選取，可提取出一窄帶光譜成分，由單色儀輪胎鏡、光柵、狹縫組成；

62、單色儀輪胎鏡：用于將產生的高次諧波進行準直；

63、光柵：用于對高次諧波色散；

64、狹縫：用于選取一窄帶光譜；

65、所述高次諧波的切換與聚焦腔用于將單色儀選取出來的窄帶光源通過聚焦輪胎鏡聚焦到樣品上，并且切換到兩個arpes中，由兩臺聚焦輪胎鏡和一臺聚焦電動平移臺組成；

66、聚焦輪胎鏡：用于窄帶光源聚焦到樣品上；

67、聚焦電動平移臺：用于將光源切換到兩個arpes中；

68、所述半球分析器arpes用于光電子信號的采集；

69、所述tof分析器arpes用于光電子信號的采集；

70、所述xuv平焦場光譜用于測量高次諧波光譜分布；

71、所述高功率飛秒激光、高次諧波產生腔、單色儀、高次諧波的切換與聚焦腔、半球分析器arpes、tof分析器arpes、xuv平焦場光譜在同一水平軸線上放置；

72、泵浦光延時調節(jié)真空腔包括：4片延時調節(jié)反射鏡和延時調節(jié)鏡架，其中2片延時調節(jié)反射鏡安裝在延時調節(jié)電動平移臺上；

73、高次諧波聚焦與光路切換模塊包括：聚焦電動平移臺、2臺聚焦輪胎鏡，所述2臺聚焦輪胎鏡安裝在聚焦電動平移臺上。

74、按照激光傳播方向依次設置的高功率飛秒激光器、高次諧波產生腔體、單色儀、高次諧波聚焦與切換腔體、半球型分析器arpes、tof型arpes；

75、飛秒激光器輸出高功率高重頻飛秒激光，經過多片反射鏡導入到高次諧波產生腔中，再由凹面反射鏡聚焦到氣體靶中，并與氣體相互作用產生高次諧波束線，高次諧波束線注入到單色儀的光柵上，色散后的光斑由狹縫選取出一窄帶光譜，由聚焦輪胎鏡聚焦到樣品上電離出光電子，聚焦輪胎鏡安裝在聚焦電動平移臺上，通過移動聚焦電動平移臺可以將高次諧波光束分別切換到半球型分析器和tof型分析器進行電子能譜信號采集，經過分析可以獲得樣品能級結構等信息。

76、所述的時間分辨arpes裝置采用極紫外波段的高次諧波光源，利用飛秒泵浦-高次諧波探測實現(xiàn)時間分辨角分辨光電子能譜的測量，由于高次諧波光子能量高，可以將絕大多數(shù)材料布里淵區(qū)外的電子電離出來，實現(xiàn)更深層次能級結構的探測，對量子材料特別是超導機理的研究提供實驗依據(jù)。本發(fā)明結合了半球分析器和tof分析器各自的優(yōu)點，采用同一高次諧波光源，可以自動切換，實現(xiàn)多功能時間分辨arpes裝置，在量子材料特別是超導、拓撲絕緣體、密度波等材料有重要的應用價值。

77、根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的時間分辨arpes裝置，包括按照激光傳播方向依次設置的高功率飛秒激光器、高次諧波產生腔、高次諧波切換腔、單色儀、狹縫、高次諧波光斑和能量測量、高次諧波聚焦與切換腔、半球型分析器arpes系統(tǒng)、高次諧波導光、tof型分析器arpes系統(tǒng)、泵浦光延時系統(tǒng)、泵浦光導光腔、xuv光譜儀；

78、所述高功飛秒率激光器用于產生飛秒激光，飛秒激光進入高次諧波產生腔與惰性氣體相互作用產生高次諧波，高次諧波在進入到單色儀中選取出窄帶光譜；從主激光分出一小部分作為泵浦光分別由泵浦光延時系統(tǒng)和泵浦光導光腔，進入到高次諧波聚焦與切換真空腔體中，高次諧波由聚焦輪胎鏡聚焦并與泵浦光組合，由電動切換控制高次諧波分別進入到半球分析器arpes系統(tǒng)和tof型分析器arpes系統(tǒng)樣品上，通過改變泵浦光與高次諧波延時實現(xiàn)時間分辨和角分辨光電子能譜測量功能；

79、所述高次諧波產生腔中安裝有氣體靶，惰性氣體由氣體靶噴出來并與入射的高功率飛秒激光相互作用產生高次諧波，高次諧波束線與飛秒激光同軸傳輸，在傳輸路徑上安裝一片金屬膜，阻擋飛秒激光，提取出高次諧波。

80、所述高功率飛秒激光器為中心波長1030nm的激光器，用于輸出飛秒脈沖激光，輸出平均功率為大于200w，重復頻率為1mhz。

81、所述高次諧波產生腔體為高功率飛秒激光器輸出的飛秒激光傳輸與氣體相互作用的真空腔體，用于產生高次諧波，高次諧波典型光譜范圍從16-50ev，高次諧波產生腔體里安裝一個氣體閥門、多片反射鏡、凹面反射鏡、金屬濾光片等；

82、所述高次諧波切換腔，產生的高次諧波與飛秒激光共軸傳輸，采用切換帶孔鏡將飛秒激光導出腔外，高次諧波穿過小孔并由一金屬膜濾掉飛秒激光，由一反射鏡導入到xuv光譜儀中進行光譜測量；

83、所述單色儀，將高次諧波進行準直并通過光柵色散，色散后的光斑按照波長在空間上分離，由狹縫提取出相應波段的窄帶光譜，并通過高次諧波光斑和能量測量，單色儀由兩個單色儀輪胎鏡、光柵、狹縫、以及真空中單色儀真空電動平移臺和單色儀旋轉臺等組成；

84、所述高功率飛秒激光器、高次諧波產生真空腔體、高次諧波切換腔、單色儀、狹縫和高次諧波光斑和能量測量在同一水平軸線上設置；

85、所述高次諧波聚焦與電動切換真空室，用于安裝兩臺聚焦輪胎鏡，該聚焦輪胎鏡用于聚焦高次諧波到樣品上，這兩臺聚焦輪胎鏡安裝在聚焦電動平移臺上，通過聚焦移動平移臺實現(xiàn)高次諧波在光路上的切換，分別導入半球分析器arpes和tof型分析器arpes；

86、圖1所述半球型分析器arpes，用于采集樣品發(fā)射的光電子信號，并獲得角分辨光電子能譜，通過改變泵浦與探測之間的時間延遲獲得時間分辨角分辨光電子能譜；

87、所述tof型分析器arpes，用于采集樣品發(fā)射的光電子信號，通過測量飛行時間和發(fā)射角度獲得角分辨光電子能譜，通過改變泵浦與探測之間的時間延遲獲得時間分辨角分辨光電子能譜；

88、所述光譜儀，用于測量高次諧波光譜分布；

89、所述延遲調節(jié)真空腔體，安裝精密延遲調節(jié)電動平移臺，用于調節(jié)泵浦光與高次諧波之間的延時，實現(xiàn)泵浦與探測的精密延時測量功能；

90、所述狹縫真空腔體，安裝狹縫和狹縫電動平移臺，可以精確控制狹縫寬度和狹縫位置，用于與單色儀配合實現(xiàn)窄帶高次諧波光源的選??；

91、所述高次諧波功率測量真空腔，安裝極紫外光敏感的光電二極管和光電二極管電動平移臺，用于測量選取的高次諧波功率；

92、所述高次諧波導入真空腔，安裝二維電動鏡架的極紫外波段反射鏡，用于將高次諧波導入tof型分析器arpes中，避免tof型arpes與半球型分析器arpes之間的干涉；

93、所述高次諧波切換真空腔，安裝紫外波段反射鏡，紫外波段鏡架以及紫外波段電動平移臺，用于將高次諧波導入光譜儀中進行光譜分布測量，紫外波段反射鏡的位置由紫外波段電動平移臺控制，當從光路撤出后，高次諧波就直線傳播到單色儀真空腔；

94、按照激光傳播方向依次設置的高功率飛秒激光器分成兩路、一路進入高次諧波產生真空腔、高次諧波切換真空腔、單色儀真空腔、狹縫真空腔、高次諧波功率測量真空腔、高次諧波聚焦與切換真空腔、半球型分析器arpes、高次諧波導入真空腔、tof型分析器arpes；另一路進入延時真空腔、45度反射真空腔、高次諧波聚焦與切換真空腔、半球型分析器arpes、高次諧波導入真空腔、tof型分析器arpes；

95、高功率飛秒激光器產生飛秒激光，飛秒激光分成兩路，一路作為探測光，進入高次諧波產生真空腔與惰性氣體靶相互作用產生高次諧波，產生的高次諧波由光路切換真空腔可以任意導入光譜儀中測量光譜分布，也可以直線傳播到單色儀真空腔和狹縫真空腔進行窄帶光譜光源的選取，再進入高次諧波聚焦與切換真空腔分別聚焦到半球型分析器arpes和tof型分析器arpes進行角分辨光電子能譜測量；另一路作為泵浦光，進入延遲真空腔、45度反射真空腔、進入到高次諧波聚焦與切換真空腔，與高次諧波束線在空間上重合，共同聚焦到arpes樣品上，通過改變延時，可以實現(xiàn)時間分辨、角分辨光電子能譜的測量功能；

96、所述時間分辨arpes裝置可以采用一個光源通過兩種能量分析器的切換，實現(xiàn)多功能的時間分辨角分辨光電子能譜測量，可以對量子材料特別是超導、拓撲絕緣體、波密度材料等的電子能級結構的動態(tài)過程進行測量，為揭示超導等物理機理提供實驗依據(jù)。本發(fā)明結合了兩種能量分析器arpes的優(yōu)點，采用同一高次諧波光源，通過切換裝置可以任意切換到兩種能量分析器arpes中進行光電子信號采集，適合更多的樣品，對新型量子材料、凝聚態(tài)物質材料的表征與制備有重要的應用價值。

97、本發(fā)明公開了一種時間分辨arpes裝置，按照激光傳播方向分成兩路，一路作為探測光路依次設置的高功率飛秒激光器、高次諧波產生真空腔體、高次諧波切換真空腔、單色儀真空腔、狹縫真空腔、高次諧波聚焦與切換真空腔、半球型分析器arpes、tof型分析器arpes；另一路作為泵浦光路依次設置延時真空腔、45度反射真空腔、高次諧波聚焦與切換真空腔、半球型分析器arpes、tof型分析器arpes；所述高功率飛秒激光用于產生飛秒激光，產生的飛秒激光用飛秒分束鏡分為兩路，一路驅動產生高次諧波，另一路通過延時與高次諧波組合后共同聚焦到樣品上產生光電子，并由半球型分析器arpes或者tof型arpes采集，改變這兩路之間的延時，實現(xiàn)時間分辨角分辨光電子能譜測量；所述時間分辨arpes裝置，在光路中通過電動切換系統(tǒng)實現(xiàn)將高次諧波光束分別導入半球型分析器arpes和tof型arpes，實現(xiàn)多功能時間分辨arpes裝置。本發(fā)明不僅可以適合多種材料的測試，還能滿足不同用戶的需求，具有普適性。

98、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的角分辨光電子能譜裝置及其測量方法可以具有但不限于以下有益效果：

99、1、本發(fā)明采用高功率飛秒激光與惰性氣體相互作用產生極紫外波段的高次諧波作為探針光，近紅外波段的飛秒激光作為泵浦光，通過光路切換方式，分別注入到半球分析器arpes和tof型arpes中，實現(xiàn)多功能時間分辨arpes裝置，該裝置結合了半球分析器arpes和tof型arpes優(yōu)點，極大地拓展了角分辨光電子能譜測量功能，適合更多的樣品測試。

100、2、本發(fā)明基于極紫外波段高次諧波光源，通過泵浦探測技術，通過光路切換，分別與半球分析器arpes和tof型arpes結合，實現(xiàn)多功能時間分辨、角分辨光電子能譜測量功能，實現(xiàn)時間分辨小于200fs，能量分辨小于50mev，用于凝聚態(tài)物質量子材料如高溫超導體系、激子絕緣體拓撲材料和電荷密度波材料中的非平衡態(tài)相變和動力學演化過程的研究。本發(fā)明通過光路切換可以將高諧波分別結合了半球分析器arpes和tof型arpes實現(xiàn)時間分辨arpes測量，本發(fā)明結合了半球分析器arpes和tof型arpes的優(yōu)點，極紫外波段高次諧波具有高光子能量的優(yōu)勢，將覆蓋大多數(shù)材料非布里淵區(qū)，實現(xiàn)更高電子結構的動態(tài)范圍的測試，在凝聚態(tài)物質和量子材料研究具有重要的應用價值。