[實用新型]一種飛秒級超快時間分辨光電能譜系統

有效

• 申請號: 201720004631.X
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN206697746U
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 徐永兵;聶忠輝;黎遙;吳競;何亮;王楓秋
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098;H01S3/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本實用新型涉及一種先進材料研究的光電能譜系統，特別涉及一種飛秒級超快時間分辨光電能譜系統。

背景技術

光電能譜是基于光電效應^[1]，使用單色高能光子從樣品上激發出光電子，利用產生光電子的動能、強度和角分布等信息來研究原子、分子、凝聚相，尤其是固體表面的電子能帶結構^[2]，甚至能夠了解原子核內層電子的運動情況。而當單色激發光從連續光變成脈沖激光時，光電能譜就具有了時間分辨的功能，利用超短脈沖激光分辨出樣品表面電子的激發過程，能夠在時間尺度上分辨出電子運動、復合，弛豫等超快動力學過程^[3]，為人類了解新型材料、精密操控材料的生長、以及研究將來工業化應用提供了一種先進的研究手段。

以往，極紫外脈沖光源可通過同步輻射裝置獲得^[4]，但同步輻射設備占地面巨大，成本極高，一般需要國家層面支持建設，而且同步輻射光源的脈寬一般在皮秒量級，時間分辨的能力受到限制。近年來，隨著固體飛秒脈沖激光技術的發展^[5]，以鈦寶石作為增益介質的高功率飛秒脈沖激光被用于激發惰性氣體，產生極紫外激光高能量光子^[6]，從而在系統結構及成本上，使得超快時間分辨的光電子能譜成為可能。

為了實現飛秒級超快時間分辨的光電子能譜測量，一般采用基于鈦寶石的飛秒激光作為光源，用來產生高次諧波。但，傳統的光譜儀引入過多色散，導致脈沖寬度展寬，難以實現飛秒級的測量。另外多層介質鏡或者濾波片雖然可以保證脈寬，但是價格昂貴，且不能實現多個波長的測試，不足以滿足日益增長的科研需求。因此，行業內急需開發一種低成本的，可靠性好的飛秒級超快時間分辨光電能譜系統。

參考文獻：

[1]Einstein,A.,Ann.Physik 31,132(1905).

[2]Brundle,C.R.and Baker,A.D.et al.Vol.1,(Academic Press, New York,1977).

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[7] S,Klenke A,Rothhardt J,et al.Nature Photonics,2014, 8(10):779-783。

實用新型內容

本實用新型目的，所要解決的技術問題是：針對當下利用高次諧波作為光電子能譜的光源，存在傳統光柵分光時脈寬過寬，難以實現飛秒級測量，利用濾波片又難以實現多波長測試的問題，本實用新型提供了一種飛秒級超快時間分辨光電能譜系統裝置。

本實用新型技術方案，一種飛秒級超快時間分辨光電能譜系統，包括超短脈沖激光系統，極紫外超短脈沖生成系統，光學參量轉換系統以及光電能譜系統；超短脈沖激光系統的激光輸出通過分束片一分為二，其中一束通過光學參量轉換系統輸出可見-紅外超短脈沖激光作為泵浦光，另一束通過極紫外超短脈沖生成系統輸出高光子能量的激光作為探測光；泵浦光和探測光共同進入光電能譜系統，通過泵浦-探測合束器入射至光電能譜系統中的樣品表面，被激發的光生電子進入光電能譜系統的光電子能譜儀；極紫外超短脈沖激光生成系統，光電能譜系統均位于真空系統中；

所述超短脈沖激光系統包括超短脈沖鎖模振蕩器，脈沖展寬器，激光放大器，脈沖壓縮/整形器；所述激光放大器包括調Q激光器，諧振腔，普克爾盒。

所述極紫外超短脈沖激光生成系統包括極紫外超短脈沖激光產生器以及極紫外超短脈沖激光單色儀；

所述光學參量轉換系統，通過非線性晶體將泵浦激光轉換至紫外至紅外波段；

所述極紫外超短脈沖激光產生器，極紫外超短脈沖激光單色儀，泵浦光和探測光合束器及光電子能譜儀均位于真空系統中。

設有極紫外超短脈沖激光聚焦器件，極紫外超短脈沖激光多維調整機構將超短脈沖激光聚焦至特定惰性氣體產生極紫外脈沖激光。