真空紫外和极紫外相干光源的研究及进展

本文简明扼要地介绍和评论了真空紫外和极紫外波段相干光源研究的现状和发展前景 ,重点包括 :真空紫外和极紫外波段相干光源的产生机制 ,理论描述 ,实验方法 ,以及一些典型的实验结果。最后对该领域的发展前景做了简要的评述。     

射流冷却的OCS分子高分辨VUV吸收光谱研究

以双光子共振四波混频差频产生的高分辨、可调谐真空紫外激光(VUV)为光源,在151～156nm内测量了超声射流冷却的OCS分子1Σ+-1Σ+电子跃迁带的吸收光谱.由于采用射流冷却和高分辨激光,得到与前人吸收谱测量结果不同的光谱线线形,观察到两个呈现明显非对称结构的振动峰,通过Fano线型拟合,获得了这两个振动峰的半高峰宽和非对称参数q值,与前人光碎片激发谱测量结果基本一致.实验中,为了消除VUV激光强度波动的影响,通过记录参比光的方法,有效地提高了吸收光谱的信噪比,使得吸收测量的灵敏度达到1%左右.     

软X射线-真空紫外波段光谱光源研究

介绍长春光学精密机械与物理研究所进行的软X射线-真空紫外波段光谱光源研究工作。研制成功的壁稳氩弧光源光谱辐射稳定性和重复性达±0.3%,可作标准辐射源,用于真空紫外波段仪器光谱强度绝对辐射定标。研制成功的潘宁(Penning)光源、双等离子体光源和空心阴极光源,可以覆盖从十几个nm至几十nm波段范围,光谱辐射稳定性和重复性达±1.0%,提供不同工作气体在该波段的原子和离子线谱,用于光谱仪器的波长定标。所研制的激光等离子体光源,尤其是近期研制成功的无污染微液滴喷射靶激光等离子体光源,可以提供较高亮度的软X射线辐射,13.0 nm处激光-软X射线转换效率达0.75%／2π·sr／2%带宽,适合于光刻和该波段辐射计量研究。     

小型激光等离子体软X线－真空紫外辐射的研究

设计了一种小型激光等离子体软Ｘ线－真空紫外光源。该光源辐射强度高、波段覆盖宽、光谱连续平滑，其重复性、稳定性均优于±４．５％。适合在非同步辐射的一般实验室中使用。在亚微米光刻、软Ｘ射线显微术、真空紫外光谱学、薄膜光学常数测试等研究及应用技术领域具有广泛的实用价值。本文探讨了光源的辐射机制，给出了较理想的光谱测试结果。     

小分子在真空紫外波段从量子态到量子态的光解离动力学

本文主要描述小分子在真空紫外波段(VUV,6-20 eV)光解离动力学的最新实验和理论研究进展.得益于基于商业化激光器的真空紫外光源技术,以及离子速度成像、高分辨氢原子-里德堡态标记-飞行时间测量和VUV-VUV泵浦-探测等方法的发展,研究人员现在可以对很多小分子在真空紫外波段的光解离动力学进行量子态到量子态层面的测量和研究,本文重点综述H_2(D_2,HD),CO,N_2,NO,O_2,H_2O(D_2O,HOD),CO_2,N_2O以及一些多原子分子在真空紫外波段光解离动力学的最新研究进展.这些小分子在真空紫外波段的光解离在天体化学以及大气化学中有着非常重要的应用.分子吸收一个VUV光子以后,通常会被直接激发到比较高的电子激发态,解离过程会涉及到多个电子态势能面之间的复杂非绝热相互作用.在实验上对解离截面等参数进行从量子态到量子态层面的精细测量对于深入了解这些复杂的势能面之间的相互作用有非常重要的意义.最近建成的大连相干光源是目前世界上唯一一台在真空紫外波段工作的自由电子激光,具有脉冲能量高、扫描范围宽(50～150 nm)等优越的性能,它的建成必将会大大促进小分子真空紫外光解离研究的发展.     

双光子共振四波差频产生的真空紫外激光特性研究

介绍以惰性气体Xe为非线性介质、利用双光子共振四波混频差频方法产生的可调谐真空紫外激光(VUV)的特性研究 .实验中 ,传播方向和空间均相互重合的两束脉冲染料激光经透镜聚焦于Xe气混频池内 ,其中一束激光的波长 (2 4 9.6 2 6nm)对应于Xe原子 6P[1/2 ,0 ]←← 5P的双光子共振跃迁 ,通过调谐另一束激光的波长 ,产生在 15 1～ 171nm可连续调谐的VUV激光 .经估算 ,产生的VUV激光的强度约为每脉冲约 0 .2 μJ ,转换效率约为 0 .1% .通过测量超声射流冷却下CO分子的A1Π←X1Σ+ (0 ,0 )带的转动分辨激光诱导荧光 (LIF)光谱 ,确定出VUV激光的线宽为 0 .3cm-1.此外 ,还对VUV激光强度与惰性气体压力、染料激光强度等依赖关系进行了研究 .     

真空紫外双等离子体光源的研究

本文描述我们研制的真空紫外双等离子体光源的设计、结构及工作原理,讨论真空紫外性能测试,给出光源的真空紫外辐射特性测试结果。     

氟化锂偏振器紫外-真空紫外偏振特性的研究

介绍了一种研究偏振元件偏振特性的方法,利用这一方法研究了氟化锂偏振器紫外-真空紫外偏振特征.一组氟化锂偏振器由对称放置的氟化锂晶片组成,各氟化锂片的入射角为60°.利用真空紫外空心阴极光源和Seya-Namioka型紫外-真空紫外单色仪提供单色辐射,测得两片组、四片组和八片组氟化锂偏振器的消光比,与用菲涅尔公式计算的氟化锂偏振器的偏振度在误差范围内一致.利用氟化锂偏振器产生的偏振辐射,初步研究了铝+氟化镁膜反射率以及全息光栅绝对效率在真空紫外波段的偏振特征.     

基于氧化镁晶体中级联四波混频过程的紫外飞秒光脉冲产生

紫外波段飞秒激光脉冲是研究超快化学和超快物理相关过程的重要工具,实现波长可调谐的宽带紫外飞秒光脉冲将有助于推动超快动力学及相关领域的研究.本文报道了以两束400 nm的飞秒光脉冲作为级联四波混频的抽运源,在氧化镁晶体中产生9阶频率上转换和5阶频率下转换边带信号的实验结果.边带波长范围从350 nm到450 nm连续可调谐,这些边带信号的发散角和波长与级联四波混频理论预测结果吻合.紫外边带相对于入射光的整体转化效率约为1.2%.同时,高阶边带的光谱形状呈现高斯型,其谱宽理论上支持傅里叶转换极限脉宽为20—50 fs.本文展示了一种高效产生波长可连续调谐的紫外飞秒光脉冲的便捷方法,为基于紫外超短脉冲的相关研究提供了有效工具.     

石英消偏器紫外-真空紫外消偏特性研究

在Lyot消偏器的基础上 ,设计研制了由两块楔角相同的楔形石英晶体构成的石英消偏器 ,用于降低光谱仪偏振响应度。根据矩阵光学理论 ,数值模拟计算了紫外 真空紫外波段石英消偏器消偏特性随其中心厚度以及入射光偏振状态、光谱带宽等的变化规律。利用氟化锂偏振器作为起偏器和检偏器 ,在 1mSeya Namioka单色仪上实验研究了石英消偏器在紫外 真空紫外波段的消偏特性 ,经过石英消偏器后 ,出射光的偏振度小于 1% ,可满足石英消偏器用于光谱辐射测量的工作要求。     

High-resolution Absorption Spectra of Acetylene in 142.8-152.3 nm

利用双光子共振四波混频差频技术产生高分辨、可调谐的真空紫外(VUV)激光,在142.8-152.3nm波长范围内测量了超声射流冷却乙炔分子的吸收光谱. 由于射流冷却的效果和VUV激光高分辨的特性,当前的吸收光谱显示出较以往实验光谱更清晰的光谱振动峰结构,其中主要的三个振动谱峰序列对应了乙炔分子C1Ⅱu态的C-C对称伸缩振动激发(v2=0-2). 此外,148.2 nm处的肩峰则被归属为反对称弯曲振动v4的第一泛频激发,同时由于Renner-Teller效应分裂和跃迁选律的限制,当前的吸收光谱中观测到420(μ1Ⅱu)和420(к1Ⅱu)两个组分. 由此获得了各振动子带的带源位置和半高峰宽. 随着振动的激发,各振动峰逐渐加宽,能级寿命减小.     

两种紫外-真空紫外光谱辐射标准的比对

研究了紫外 真空紫外波段壁稳氩弧光谱辐射标准光源及基于同步辐射标准的传递标准光源———氘灯的光谱辐射特性 ,建立了高精度光谱辐射计量系统 ,在 16 5～ 30 0nm之间 ,将两种类型光谱辐射标准进行比对 ,相对光谱分布的一致性好于± 5 %。     

掠入射真空紫外摄谱仪的强度校准

为了使E-580型真空紫外摄谱仪能够运用在等离子体诊断实验中,我们用Okazaki等的实验方法,以角向箍缩等离子体为光源,对它作了强度校准。 真空紫外摄谱仪及等离子体光源的情况见文献[2,3],仪器布置同文献[1],本实验选用9对谱线,见表1。 图1是OⅥ150和OⅥ3811的示波图(第二半周內波形),全屏扫描时间约12μs。在信号     

紫外可调谐辐射的波长自动跟踪研究

脉冲染料激光器的可见光波段辐射通过共线倍频和非共线混频实现紫外波段的连续可调谐输出.本文报道了一种闭环跟踪方法;在调谐起始波长处,将取样光束在垂直相位匹配方向分割成等光强的两部分,然后在波长调谐时比较和平衡这两部分光强.对该方法在理论上作了分析并在实验中得到成功的验证.获得的自动跟踪效率大于90%.     

紫外-真空紫外漫反射板的研究

选用在紫外－真空紫外波段反射率较高的铝作基底材料,通过光学研磨加工和光学镀膜处理制成漫反射板;建立了紫外－真空紫外波段漫反射特性测试研究装置,利用该系统进行漫 反射板余弦特性、双向反射比分布函数的测试。结果表明,该漫反射板反射比ρ（ｏ／ｄ）在３１５ｎｍ处为４９％;在正入射情况下,双向反射比分布函数在１５℃￣４０℃范围内偏差优于１１％。     

真空紫外铝+氟化镁膜偏振特性的研究

研究了铝＋氟化镁膜在真空紫外波段的偏振特性。理论上数值模拟计算了铝＋氟化镁膜在真空紫外波段的反射率及其与入射平面平行和垂直两方面的分量，分析了铝＋氟化镁膜反射率的两分量随入射条件和氟化镁膜厚度的变化规律，在此基础上研究了铝＋氟化镁膜的偏振特性，并与单层铝膜的相应特性作了比较，以氟化锂堆作偏振器，在Seya-Namioka真空紫外反射率计上实验研究了铝＋氟化镁膜的偏振特性。研究结果表明，铝＋氟化镁膜的偏振特性由于受到氟化镁厚度的调制，存在反射率的垂直分量小于平行分量的情形，从而使铝＋氟化镁膜的消光比在非正入射的条件下接近1。理论计算结果与实验结果一致。     

利用分支比法作真空紫外单色仪灵敏度的绝对校准

本实验利用托卡马克的高温等离子体作光源,采用分支比法对掠入射真空紫外单色仪在150(?)～1640(?)波段的灵敏度作了绝对校准.文章对该方法的技术问题也作了讨论.     

紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪

研制了新型的由分束耦合器、“猫眼”后向反射光学系统、稳频激光辅助采样系统和光电探测器等组成的紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪 ,光谱测量范围为 170nm～ 6 0 0nm ,30 0nm处分辨率高于 1.5× 10 5。光谱仪结构紧凑 ,可精确探测紫外真空紫外波段物质的发射及吸收光谱 ,尤其适合与同步辐射源对接完成相关的光谱分析。     

大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。针对远紫外波段光谱测试标准装置少,实验系统所需真空度高,实验稳定性难以维持,传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、难以利用等特点,研究了适用于远紫外光谱仪器的光谱辐照度绝对辐射定标方法,搭建了相应的真空实验系统,以一台远紫外光谱仪原理样机为对象对研究方法进行了实验验证。实验系统以标准氘灯、真空紫外单色仪和准直系统组成照射系统,将出射准直光辐照度用标准探测器进行标定,三者共同组成了标准光谱辐照度光源;利用该光源照射原理样机并读出相应信号,最终获得光谱辐照度响应度,从而实现了利用标准探测器进行照度传递的远紫外光谱仪器绝对光谱辐射定标,有效的进行了仪器定标。该方法定标不确定度约为7.7%,对远紫外波段空间高层大气遥感光谱仪的地面辐射定标研究具有重要意义。     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.