一种光路切换系统的制作方法

本发明属于光电子能谱仪领域，特别是涉及一种光路切换系统。

背景技术：

角分辨光电子能谱仪(arpes)是在超高真空环境下利用光电效应直接观测固体材料的电子结构的方法，被誉为“一个可以看见电子结构的显微镜”，是观察固体材料电子结构的最佳利器。而激励光源是角分辨光电子能谱仪能够正常工作的关键组成，其作用是激发电子逸出被测材料表面。目前常规角分辨光电子能谱仪一般采用稀有气体电离作为激发光源。但随着角分辨光电子能谱仪技术的发展，越来越多的设备开始配置深紫外激光光源(duv)以及具有时间分辨的周期超短脉冲高次谐波光源(hhg)等先进光源以充分发挥角分辨光电子能谱仪的优势。角分辨光电子能谱仪集成深紫外激光光源，可大大提高样品穿透能力从而可以很好甄别表面和体电子效应，同时可以用于表面下一定深度的界面电子态的研究(如用于研究界面二维电子气或界面超导等现象)，突破传统arpes的研究范围；集成周期超短脉冲光源，可以发展双光子光电子能谱技术，获得电子的时域行为和非平衡状态下的电子结构，突破传统的电子能谱测量不具有时间分辨能力的限制。

在角分辨光电子能谱仪配备多种激励光源的情况下，能够实现设备在服役状态下各种光源相互自由切换格外重要。因此，本发明提供一种光路切换系统，实现各种光源之间的自由切换。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光路切换系统，用于解决现有技术中角分辨光电子能谱仪集成不同激励光源后各光源之间的相互切换问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光路切换系统，所述光路切换系统至少包括：

真空管路；

设置在真空管路一端的样品系统腔，用于放置待测样品；

设置在所述真空管路上至少两个光源光路腔，用于分别引入不同的光源，其中，每个光源光路腔配备有离子泵和真空阀门；

设置在所述真空管路上且位于所述样品系统腔和所述光源光路腔之间的真空调节腔。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述光源光路腔中安装有电动平移台、高度调节平台、电动镜架以及光阑；

所述电动平移台固定在所述高度调节平台上；

所述电动镜架固定在所述电动平移台上，所述电动镜架上安装有反射镜，

所述光阑安装在高度调节平台上，用于调节光路。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述电动平移台通过螺丝固定在所述高度调节平台上，所述电动镜架通过螺丝固定在所述电动平移台上。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述真空调节腔中安装有光阑和活动的聚焦透镜。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述样品系统腔的光线入射口也具有真空阀门。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述样品系统腔为角分辨光电子光谱仪。

作为本发明光路切换系统的一种优化的方案，所述光源光路腔为两个，一个定义为第一光源光路腔，所述第一光源光路腔用于实现超短脉冲探测光和红外泵浦光的共轴合束；另一个定义为第二光源光路腔，所述第二光源光路腔用作深紫外激光的光路调节。

如上所述，本发明的光路切换系统，包括：真空管路；设置在真空管路一端的样品系统腔，用于放置待测样品；设置在所述真空管路上至少两个光源光路腔，用于分别引入不同的光源，其中，每个光源光路腔配备有离子泵和真空阀门；设置在所述真空管路上且位于所述样品系统腔和所述光源光路腔之间的真空调节腔。本发明的光路切换系统可以解决角分辨光电子能谱仪集成不同激励光源后各光源之间的相互切换问题，实现在测试过程中各种光源能够相互自由切换的实际需求。

附图说明

图1为本发明光路切换系统整体示意图。

图2为本发明光路切换系统中光源光路腔结构俯视图。

图3为本发明光路切换系统中光源光路腔侧视图。

元件标号说明

1真空管路

2样品系统腔

3待测样品

4光源光路腔

41第一光源光路腔

42第二光源光路腔

401电动平移台

402高度调节平台

403电动镜架

404光阑

51、52离子泵

61、62、63、64真空阀门

7真空调节腔

71透镜伸缩机构

8角阀

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种光路切换系统，所述光路切换系统至少包括：真空管路、样品系统腔、至少两个光源光路腔以及真空调节腔。所述样品系统腔设置在真空管路一端的，用于放置待测样品；所述光源光路腔设置在所述真空管路上，用于分别引入不同的光源，其中，每个光源光路腔配备有离子泵和真空阀门；所述真空调节腔设置在所述真空管路上且位于所述样品系统腔和所述光源光路腔之间。

下面以两个光源光路腔为例进行说明。具体请参阅附图1～图3。

系统主要包括：两个光源光路腔4和一个真空调节腔7以及一个样品系统腔2，各个腔体之间通过真空管路1连接，再辅助以各种真空阀门、离子泵以及光学元件等。

其中一个光源光路腔4定义为第一光源光路腔41，所述第一光源光路腔41主要用作时间分辨的超短脉冲探测光和红外泵浦光的共轴合束之用，也可以称作合束真空腔。这两种光分别沿不同路径进入第一光源光路腔41，并在第一光源光路腔41中合成一束光。另一个光源光路腔4定义为第二光源光路腔42，所述第二光源光路腔42主要用作深紫外激光的光路调节之用，也可以称作反射真空腔。

所述真空调节腔7目的是真空差分以使得真空管路1真空达到可以与超高真空要求的样品系统腔2(例如角分辨光电子能谱仪系统)连通的程度，同时在该腔室里安装了活动光阑和活动的聚焦透镜(未予以图示)起到光路调节和光束聚焦之目的。所述聚焦透镜通过真空调节腔7上的透镜伸缩机构71来实现移动。

为了使光路达到超高真空的要求，两个光源光路腔4和真空调节腔7都配备了高抽速的离子泵51、52。采用离子泵51、52而不采用常规分子泵的原因是为了避免由于光学元件等的振动导致的光路的不稳定。同时在两个光源光路腔4中均装配了电动平移台和电动镜架以实现在真空条件下调节光路的要求。

具体地，如图2和3所示为两个光源光路腔4内部的结构示意图。所述光源光路腔4中安装有电动平移台401、高度调节平台402、电动镜架403以及光阑404。

所述电动平移台401固定在所述高度调节平台402上，通过所述高度调节平台402上的旋钮可以调节电动平移台401到合适的位置和高度。所述光阑404安装在所述高度调节平台402上用于调节光路。所述电动镜架403固定在所述电动平移台上401，所述电动镜架403上安装有反射镜，通过所述电动平移台401的移动，使反射镜安装在合适位置，从而使进入腔中的光线可以顺利沿着真空管路进入所述真空调节腔7中，最后照射在待测样品3的表面。

优选地，所述电动平移台401通过螺丝(例如，穿孔真空螺丝)固定在所述高度调节平台402上，所述电动镜架403通过螺丝(例如，穿孔真空螺丝)固定在所述电动平移台401上。

所述真空调节腔7中安装有光阑和活动的聚焦透镜。光束通过所述光源光路腔4之后，先通过真空调节腔7的光阑，再通过聚焦透镜将光束聚焦在待测样品3的表面。所述聚焦透镜可以通过一透镜伸缩机构71来实现聚焦透镜从真空调节腔3移进和移出。

在所述样品系统腔2的光线入射口也具有真空阀门63。在真空管路1及各腔体的真空度未与样品系统腔2中的真空度匹配前，该阀门63是关闭的，等到光源光路腔4和真空调节腔7抽真空达到可以与样品系统腔2连通的程度时，将该阀门63打开。

所述真空管路1上还设置有辅助每个离子泵启动抽真空的角阀(附图1中只展示了角阀8)。在利用真离子泵抽真空之前，利用角阀8可以使真空管路1预先达到一定的真空。

本实施例中，利用光路切换系统进行光路切换的具体操作过程如下：

1)在角分辨光电子能谱测试前，如果先采用深紫外激光作为激发光源，则需要关闭第一光源光路腔41，打开第二光源光路腔42，具体为：关闭真空阀门62，通过第二光源光路腔42的角阀(未予以图示)将第二光源光路腔2和真空调节腔3抽真空至开启离子泵52后关闭角阀，待离子泵52抽真空直至达到其可以与角分辨光电子能谱仪系统连通的程度，打开真空阀门63，使得真空管路1与样品系统腔(arpes主腔)连通，然后调节第二光源光路腔2的电动平移台401和电动镜架403，使得深紫外光能够通过装在真空调节腔7中的光阑直至顺利照射到待测样品3的表面，在调好光路后将真空调节腔7中的聚焦透镜移入光路中，其作用是聚焦深紫外光使照射到样品的光斑足够小以提高角分辨光电子能谱仪的空间分辨力，这时就可以进行arpes测试了，测试完，关闭真空阀门63，将真空调节腔7中的聚焦透镜移出光路。

2)如果需要采用hhg作为激发光源，则需要进一步打开第一光源光路腔41，具体为：关闭可以透过超短脉冲探测光的真空阀门64(该阀门具有一透明窗口，通过透明窗口可以透过超短脉冲探测光而用于产生超短脉冲探测光的气体无法通过，红外泵浦光则从腔体顶部进入)，打开第一光源光路腔41的真空阀门61，通过角阀8将第一光源光路腔41抽真空至开启离子泵51后关闭角阀8，待离子泵51将第一光源光路腔41抽真空直至达到其可以与第二光源光路腔42连通的程度，打开真空阀门62，此时第一光源光路41、第二光源光路腔42、真空调节腔7经过三级差分后真空度达到可以与样品系统腔2(arpes主腔)连通的程度，打开真空阀门63，使得真空管路1与样品系统腔2(arpes主腔)连通，然后将第二光源光路腔42的反射镜通过电动平移台移出光路，调节第一光源光路腔41的电动平移台和电动镜架，使得hhg光能够通过装在真空调节腔7的光阑直至顺利照射到被测样品3处，这时可以进行arpes测试了。

3)测试完成后，首先关闭阀门63使得真空管路1不再与arpes主腔连通，然后关闭阀门62，关闭阀门61，打开阀门64。

需要说明的是，本实施例提供的光路切换系统应用在角分辨光电子光谱仪中，但是，应当知晓，实际上本发明的光路切换系统可用于任何需要激励光源的光电子能谱仪系统中。

由此可见，本实施例提出的光路切换系统能够实现在角分辨光谱仪测试过程中深紫外光源和超短脉冲高次谐波光源相互自由切换。以上以两种光源之间的切换为例进行说明，而对于两种以上的光源之间的切换，利用本发明的系统也可以自由切换。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。