[發明專利]波長可調諧的單色真空紫外光源輸出裝置及方法

在審

• 申請號: 202010655837.5
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111682397A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 俞盛銳;李萬濤;凌彩寧;楊文紹;簡繼文
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01S3/101
• 分類號: H01S3/101;H01S3/213;H01S3/00
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種波長可調諧的單色真空紫外光源輸出裝置及方法。本發明將激光系統產生的兩束基頻光以小角度斜入射至混頻系統中的聚焦透鏡的邊緣，四波混頻產生的真空紫外光及殘留的基頻光因在同一介質中的折射率不同而以不同角度從聚焦透鏡中出射，從而將真空紫外光與基頻光進行分離，此設計在保證真空紫外光源單色性的同時，因無需增加額外的光學元件而使真空紫外光源的能量損耗降至最小；當需要改變真空紫外光源波長之時，除改變基頻光的波長之外，只需調節透鏡偏離中心位置的距離，而基頻光的入射方向及真空紫外光源的出射方向始終不變，從而簡化了將基頻光引入混頻系統的光路系統，也使所輸出的真空紫外光源兼具可調諧性及可準直性。

技術領域

本發明涉及一種波長可調諧的單色真空紫外光源輸出裝置及方法，通過調節聚焦透鏡偏離中心位置的距離及用于四波混頻的基頻光的波長，實現真空紫外光源與其它光源之間的分離，從而獲取出射方向保持不變、波長可調諧、能量損耗率最小的單色真空紫外光源。

背景技術

自1960年激光發明以來，因其高亮度、單色性、準直性等優點為物理化學研究中原子、分子及自由基的探測提供了一類重要的實驗工具。目前，受限于激光介質吸收特性的影響，商用激光器只能在可見光和紫外區域產生較強的激光。但是，大多數原子、分子或自由基的電子激發態位于真空紫外區域，因此基于激光技術的光激發電離探測往往采用的是可見光波段的多光子電離。

相比于單光子電離技術，多光子電離的探測靈敏度極低，為了提高探測效率，實驗上采用真空紫外光源作為電離源是唯一行之有效的解決方案。然而，除了采用氟氣放電技術研制的準分子激光器可產生固定的幾個特殊波長的真空紫外光源之外，可輸出波長可調諧的真空紫外光源的裝置只有同步輻射和自由電子激光器這類大型激光器。這些裝置的造價極其昂貴，體積龐大，構造復雜，特別是自由電子激光器在同一時間段只能服務于單一實驗線站，導致整個光源的使用效率大大折扣。

鑒于此，一般實驗室往往是借助于四波混頻技術這一光學非線性效應來產生波長可調諧的真空紫外光源作為電離源的。所謂四波混頻技術，是非線性光學中的互調現象，其中兩個或三個波長之間的相互作用產生兩個或一個新的波長。目前四波混頻中最為常見的非線性介質是氪氣、氙氣、汞蒸氣等氣體。例如氪氣，處于電子基態(4p⁶)的氪原子通過雙光子共振吸收兩個212.5nm(ω₁)的光子后被激發到電子激發態(4p⁵5p)，然后在845nm(ω₂)激光誘導下受激輻射至4p⁵5s附近的某個虛態，最后躍遷回基態并發射出121.6nm的真空紫外光，整個過程中所涉及的激光的波長滿足公式：ω_VUV＝2ω₁-ω₂，通過調節ω₂的波長可以獲得波長可調諧的真空紫外光源。然而，四波混頻過程中除了差頻光2ω₁-ω₂之外，和頻光2ω₁+ω₂、三倍頻光3ω₁也會同時產生，用于四波混頻的基頻光ω₁和ω₂也會殘留。通常情況下，和頻光與三倍頻光的波長位于極紫外區域，無法透過混頻池前端的氟化鎂或氟化鋰材質的聚焦透鏡或窗片，但可見光或紫外波段的基頻光ω₁和ω₂卻能透過氟化鎂或氟化鋰材質的光學元件，導致最終制備的真空紫外光源混雜著其它波段的光源。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種波長可調諧的單色真空紫外光源輸出裝置及方法。

本發明所采用的技術方案是：

本發明中的裝置由混頻系統、激光系統以及檢測系統所組成。