文/周興江 曹凝

1中國科學院物理研究所北京100190

2中國科學院計劃財務(wù)局北京100864

深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備

文/周興江1曹凝2*

1中國科學院物理研究所北京100190

2中國科學院計劃財務(wù)局北京100864

重大科研裝備，深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備

1 引言

先進材料，包括關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)和復雜材料、磁性材料和自旋電子學材料、納米結(jié)構(gòu)和納米材料等，是現(xiàn)代凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域異?；钴S的前沿課題。一方面，這些材料的應(yīng)用將直接在能源、信息技術(shù)和環(huán)境等與國計民生密切相關(guān)的領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響，如對新興的自旋電子學的研究，將對研發(fā)新一代的信息技術(shù)具有至關(guān)重要的意義。另一方面，這些新材料和新的物理現(xiàn)象本身也為新的科學突破提供了契機，如在強關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中，因為電子-電子的強相互作用，尤其是電子、自旋、晶格及電子軌道之間的相互關(guān)聯(lián)，導致一系列奇異的量子現(xiàn)象，比如銅氧化合物中的高溫超導電性、錳氧化合物中的龐磁電阻特性等。盡管高溫超導電性已被發(fā)現(xiàn)20多年，但導致高溫超導的機理目前仍不清楚，成為凝聚態(tài)物理研究中的最重要物理問題之一。

尖端科學儀器的研發(fā)對促進凝聚態(tài)物理的發(fā)展和新理論的建立起著至關(guān)重要的作用。光電子能譜技術(shù)正是研究高溫超導體等先進材料微觀電子結(jié)構(gòu)的高尖端實驗手段。由于任何材料的宏觀物理性質(zhì)都由其微觀的電子運動過程支配，所以要了解、控制和利用先進材料中眾多的新奇物理現(xiàn)象，就必須首先研究它們的電子結(jié)構(gòu)。眾所周知，要完全描述材料中電子的狀態(tài)，需要獲得能量（E）、動量（k）和自旋（s）3個基本的參量，光電子能譜技術(shù)是所有實驗手段中唯一能直接測量這些參量的實驗手段，所以它在強關(guān)聯(lián)電子體系和其他先進材料的研究及理論發(fā)展中處于非常突出的地位。

深紫外激光在光電子能譜技術(shù)中的應(yīng)用，為光電子能譜技術(shù)的發(fā)展開辟了一個新的途徑。在中科院物理所2006年成功研制的國際第一臺超高能量分辨率角分辨光電子能譜儀中，通過使用真空紫外激光這一新的光源，實現(xiàn)了能量分辨率優(yōu)于1meV的夢想，獲得的激光強度（1014—1015光子/秒）比現(xiàn)有的同步輻射光源提高了2—3個量級，采用真空紫外激光對應(yīng)的樣品探測深度比通常的同步輻射提高一個量級，解決了長期困擾光電子能譜技術(shù)的表面敏感問題，把已有的光電子能譜技術(shù)提升到一個新的水平。同時，深紫外光源在建設(shè)成本和運行費用上，顯著低于同步輻射光源的開支，為光電子能譜技術(shù)的普及和推廣創(chuàng)造了條件。基于此，利用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的深紫外激光光源技術(shù)，在2007年設(shè)立的國家重大科研裝備“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制”中，由中科院物理所牽頭開展了“基于深紫外激光的同時具有自旋分辨和角分辨功能的高分辨光電子能譜儀研制”、“光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀研制”、“基于飛行時間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀研制”等深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備的研制工作。

2012年4月28日，中科院計劃財務(wù)局組織專家對上述3個項目進行驗收，驗收專家一致認為：

“基于深紫外激光的同時具有自旋分辨和角分辨功能的高分辨光電子能譜儀研制”項目首次將我國科學家自主研制的深紫外激光光源應(yīng)用于自旋分辨/角分辨光電子能譜技術(shù)中，利用深紫外激光的超高能量分辨率、超高光束流強度等特點，獲得了2.5meV的自旋分辨能量分辨率，這是目前國際上報道的最高水平。另外，在自旋分辨/角分辨光電子能譜系統(tǒng)中，安裝了兩個莫特型自旋探測器，從而可以實現(xiàn)同時測量x,y,z三個方向的電子自旋極化。該系統(tǒng)還具有激光偏振可調(diào)（線偏振可調(diào)和圓/橢圓偏振可調(diào)），樣品極低溫，樣品原位處理和制備等功能，是一套具有獨特性能的世界領(lǐng)先的角分辨/自旋分辨光電子能譜系統(tǒng)。該儀器的研制成功，將為與自旋相關(guān)的先進材料和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究提供又一個新的非常重要的手段。

“光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀研制”首次將自主研制的光子能量連續(xù)可調(diào)的深紫外激光光源應(yīng)用于角分辨光電子能譜技術(shù)中，實現(xiàn)激光在175—210nm（對應(yīng)激光光子能量7.09—5.90eV）連續(xù)可調(diào)，從單一光子能量發(fā)展到光子能量連續(xù)可調(diào)，除了保持激光角分辨光電子能譜儀的超高能量分辨率，超高光束流強度和對體效應(yīng)敏感等獨特優(yōu)勢外，一方面將有利于獲得材料更豐富的電子結(jié)構(gòu)信息，另一方面將大大增加可研究材料的種類。該項目的實施是我國自主研發(fā)高精尖儀器的又一個成功范例，屬于源頭創(chuàng)新工作。

“基于飛行時間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀研制”項目首次將我國科學家自主研制的真空紫外激光光源（6.994eV）應(yīng)用于基于最新一代飛行時間電子能量分析器的角分辨光電子能譜儀中，使角分辨光電子能譜技術(shù)從目前廣泛使用的動量空間的一維探測發(fā)展到二維探測，除了保持激光角分辨光電子能譜儀的超高能量分辨率、超高光束流強度和對體態(tài)敏感等獨特優(yōu)勢外，還使動量空間的探測效率提高了200倍以上，成為具有國際領(lǐng)先性能的激光光電子能譜系統(tǒng)。

2 基于深紫外激光的同時具有自旋分辨和角分辨功能的高分辨光電子能譜儀

光電子能譜技術(shù)在過去十幾年中迅猛發(fā)展，如能量分辨率由（20—40）meV發(fā)展到（5—10）meV，角度分辨率由原來的2度發(fā)展到0.2度。這些顯著進步，把角分辨光電子能譜這一傳統(tǒng)的能帶測量工具，上升為研究材料中多體相互作用的重要實驗手段，并在高溫超導體和其他先進材料的研究中獲得了一系列新的發(fā)現(xiàn)。但隨著對先進材料和相關(guān)物理問題研究的不斷深入，對光電子能譜儀技術(shù)性能的要求也越來越高，現(xiàn)有光電子能譜技術(shù)在超高能量分辨率、信號體效應(yīng)的增強等一些關(guān)鍵性能上亟待進一步改進。

光電子能譜技術(shù)的新目標，是要實現(xiàn)對材料電子狀態(tài)的完全描述，即對電子的能量、動量和自旋三個參量同時進行測量。已有角分辨光電子能譜只能測量能量和動量兩個參量，而要測量電子的自旋，則需要光電子能譜技術(shù)具備自旋分辨功能。電子自旋探測的重要性，一方面是因為材料的眾多奇異物性均和電子的自旋直接相關(guān)，例如在高溫超導電性研究中，反鐵磁自旋漲落與超導電性的關(guān)系一直是研究超導機理的一個核心問題，而在龐磁電阻錳氧化合物材料中，龐磁電阻的產(chǎn)生與材料的磁學性質(zhì)也緊密地聯(lián)系在一起。另一方面，對電子自旋的研究，更與新興的自旋流和自旋電子學在信息領(lǐng)域的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，自旋分辨光電子能譜作為探測材料中電子自旋狀態(tài)的最直接的實驗手段，無論對自旋電子學材料的探索，還是對量子自旋流現(xiàn)象和先進材料中眾多新奇量子現(xiàn)象相關(guān)的物理研究，都具有重要的意義。

長期以來，由于自旋分辨光電子能譜儀的效率很低，導致它的能量分辨率差并缺乏角分辨功能，這兩大弱點大大限制了自旋分辨光電子能譜儀獲得關(guān)鍵信息的能力，阻礙了它在材料和物理研究中的廣泛應(yīng)用。深紫外激光的最顯著特點在于它的單色性好，亮度高，正好為研制同時具有角分辨和自旋分辨全功能的高能量分辨率光電子能譜儀提供了良好的契機。此外，深紫外激光的使用還會大大增強光電子能譜分析技術(shù)對材料體效應(yīng)測量的靈敏性。該項目的目標，就是要利用我國在深紫外激光方面的自主知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢，啟動發(fā)展高分辨多功能光電子能譜技術(shù)的第一期工程，即研發(fā)基于深紫外激光的同時具有自旋分辨和角分辨功能的高分辨光電子能譜技術(shù)，使自旋光電子能譜技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，改變現(xiàn)有設(shè)備無法滿足科研發(fā)展需求的現(xiàn)狀，并使我國在相關(guān)領(lǐng)域始終保持國際領(lǐng)先地位。

同時具有自旋分辨和角分辨功能的光電子能譜(以下簡稱自旋分辨/角分辨光電子能譜儀)的工作原理是：當光束照射在樣品上，材料中的電子由于光電效應(yīng)會逃逸樣品，并被自旋分辨/角分辨光電子譜儀中的電子能量分析器和自旋探測器接收并分析，電子能量分析器以角積分或角分辨模式工作，提供具有超高能量分辨率（優(yōu)于20meV）和自旋分辨的光電子能譜數(shù)據(jù)，實現(xiàn)研究電子的自旋狀態(tài)的目的。結(jié)合角分辨光電子能譜分析技術(shù)，可以同步獲取能量、動量和自旋這3個物理量，實現(xiàn)對材料的電子狀態(tài)的全面描述。根據(jù)其工作原理，該項目的研制內(nèi)容包括以下幾個方面。

（1）與VG Scienta公司合作，研發(fā)能適用于低能光電子角分辨功能，并能和自旋探測器相匹配的高能量分辨率、高角度分辨率、高電子通量的電子能量分析器，研發(fā)高效率的莫特型自旋探測器。

目前國際公認性能最好的能量分析器是由瑞典VG Scienta公司生產(chǎn)的半球型能量分析器。為了能和紫外激光匹配，獲得最佳能量和動量分辨率，該項目采用了新型的Scienta R4000電子能量分析器。它的能量分辨率高（好于1 meV），并具有獨特的角分辨模式，可同時分別測量30、14和7度角，最佳角度分辨率為0.3度。

目前國際上性能最好的自旋探測系統(tǒng)也是由VG Scienta公司生產(chǎn)的，它的核心是Rice大學生產(chǎn)的莫特型自旋探測器，電子通過自旋轉(zhuǎn)換（spin transfer）透鏡系統(tǒng)從能量分析器進入莫特型自旋探測器，自旋分辨功能得以實現(xiàn)。該系統(tǒng)與Scienta R4000電子能量分析器共用相同的軟件操作系統(tǒng)，兼容性高，不需機械操控，兩個分析器間的轉(zhuǎn)換快捷簡便，利于角分辨和自旋分辨雙重功能的同時實現(xiàn)。

不過，由于標準R4000商業(yè)化產(chǎn)品的角模式只能工作在5eV動能以上，而該項目使用的真空紫外激光激發(fā)的光電子動能小于3eV，因此需要由公司重新計算然后由物理所進行試驗并改進標準配置的至關(guān)重要的“透鏡表”參數(shù)，以使該先進的電子能量分析儀能夠工作在真空紫外激光低光子能量區(qū)域。另外，研究人員通過在第零級透鏡前端安放一個小孔光闌并使得R4000工作在“Transmission（透射）”模式，來實現(xiàn)另一種同時實現(xiàn)角分辨和自旋分辨的方式。除此以外，物理所與該公司合作，在半球分析器入口處設(shè)置合適的專用光闌，并優(yōu)化電子能量分析儀運行參數(shù)，盡可能提高低動能電子進入的傳輸效率，以便獲得盡可能好的統(tǒng)計的實驗數(shù)據(jù)。對電子自旋探測器本身，可采用提高散射靶的加速電壓的辦法進一步提高探測效率；

（2）研制超高真空、超低磁場樣品分析室，以達到好于1×10-10mbar的超高真空和小于10mGauss的剩磁，保證低能光電子能譜測量的正常進行。

由于使用紫外激光時光電子的動能很低（小于3eV），微弱的磁場都可以使光電子改變方向，從而失去原有的角度即電子動量的信息。因此，要保證低能電子的角分辨模式工作正常，超高真空室樣品位置的剩余磁場必須非常小（＜10 mGauss）。為此，研究人員直接用屏蔽材料mu金屬加工超高真空樣品室，并另外再加一層mu金屬屏蔽。而超高真空是進行角分辨光電子能譜實驗所需的最重要和必不可少的環(huán)境，但是要兼顧獲得10-10mbar量級的超高真空和低于10mGauss的最佳磁屏蔽，并不是一件簡單的事情。在真空腔加工時，通過“噴丸”處理和電拋光處理，將材料放氣和漏氣減到最小，以適應(yīng)10-10mbar量級的超高真空需要。同時，為了獲得超高真空，通過對所需真空泵的抽氣量進行仔細核算，合理分配各類真空泵的配置；

（3）研制不僅具有完全平動和轉(zhuǎn)動自由度，而且能達到低溫的樣品轉(zhuǎn)角儀，以對樣品實現(xiàn)全面角分辨測量，并實現(xiàn)和變溫相關(guān)的重要物理測量。

自旋分辨/角分辨光電子能譜儀，一方面要求樣品能自由轉(zhuǎn)動，以測量任意需測的動量。另一方面，樣品必須能達到低溫，以避免溫度引起的譜線展寬。但這兩者往往是互不相容的。該項目中的樣品轉(zhuǎn)角儀連在近于恒溫的支撐管上，而不是直接和液氦致冷器相連，所以樣品的位置對溫度變化很穩(wěn)定。根據(jù)研究工作的需要，該項目研制了2套樣品轉(zhuǎn)角儀，一個是具有所有運動自由度（3平動，3轉(zhuǎn)動）的樣品轉(zhuǎn)角儀，樣品最低溫度接近15K。另一個是具有3個平動自由度和1個轉(zhuǎn)動自由度的極低溫樣品轉(zhuǎn)角儀，通過犧牲轉(zhuǎn)動自由度和研制致冷器、改進樣品冷卻臺等方法使樣品最低溫度達到5K左右；

（4）研制樣品傳輸系統(tǒng)，以實現(xiàn)安全快速地把樣品由空氣環(huán)境傳輸?shù)匠哒婵諛悠贩治鱿到y(tǒng)，而不破壞超高真空環(huán)境。

為保證樣品從空氣環(huán)境傳送到超高真空室時，不破壞樣品室的超高真空，采用了三級樣品傳輸系統(tǒng)。第一級可以打開放氣，裝卸樣品，真空在10-7—10-8mbar之間，第二級真空在10-9—10-10mbar之間，第三級是樣品解理超高真空室，真空在10-10—10-11mbar之間。這樣，樣品從空氣到超高真空樣品分析室，不需要烘烤，整個傳輸過程可以在短時間內(nèi)（半小時左右）完成；

（5）研制樣品原位處理與磁化系統(tǒng)，實現(xiàn)對樣品的原位清潔和表征，對磁性樣品實現(xiàn)磁化，以進行自旋分辨光電子能譜的測量。

自旋分辨實驗中，大部分樣品需要經(jīng)過磁化或原位磁化后才進行測量。為了避免采用過高的磁場來實現(xiàn)樣品的磁化，樣品一般都采用薄膜。因此，光電子能譜技術(shù)中常用的對單晶樣品解理的方法，對薄膜樣品一般難以實現(xiàn)，而必須采用濺射或加熱處理的方法。

該項目聯(lián)合沈陽科學儀器研制中心有限公司設(shè)計并建立了專用的超高真空樣品原位處理及傳輸系統(tǒng)，既能實現(xiàn)對樣品的原位加熱和磁化，也能解決樣品在加熱和磁化處理系統(tǒng)和光電子能譜測量系統(tǒng)之間的傳遞問題。

對于樣品磁化，采用線圈進行脈沖放電的方式產(chǎn)生磁場，對于加磁場和退磁場采用程序控制的方式，適應(yīng)不同的樣品需求。應(yīng)用線圈產(chǎn)生磁場的好處是，去掉電流后不留任何剩場，不會由于不同的磁化歷史對樣品磁化產(chǎn)生影響；

（6）研制深紫外激光和光電子能譜儀的對接系統(tǒng)，既要保證深紫外激光能低損耗地進入超高真空樣品分析室，又要保證深紫外激光室的低真空不影響樣品分析室的超高真空。

該項目所用的真空紫外激光光源必須工作在一個大氣壓的氮氣氣氛中，以保護其中的核心部件（倍頻晶體）免受損害。能譜測量則必須工作在好于1×10-10mbar的超高真空條件下，這就要求在紫外激光光源和能譜分析真空室之間加一個既能在超高真空下工作，又能允許紫外激光透過的窗口。對此該項目采用超高真空氟化鈣鍍膜窗口，這種窗口是目前已知能夠透過80%—90%紫外光的最合適的超高真空窗口（窗口兩側(cè)還需要鍍光學增透膜）。

為避免超高真空氟化鈣鍍膜窗口技術(shù)工藝使用一段時間后出現(xiàn)損壞，致使直接威脅到譜儀樣品分析室的真空安全，在深紫外激光光源和能譜儀對接時，采用了一個小的中間超高真空室進行過渡。這樣當真空規(guī)監(jiān)測到超高真空氟化鈣鍍膜窗口出現(xiàn)漏氣時，可通過自動控制電路、氣路關(guān)閉門閥，保證主分析室真空不破壞；還可以在不破壞主分析室真空的前提下進行深紫外激光光源的維護。

3 光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀

真空紫外激光在超高能量分辨率和超高光束流強度方面擁有目前同步輻射光源無法比擬的優(yōu)勢，使得利用真空紫外激光的光電子能譜儀可以開展現(xiàn)有同步輻射光源難以開展的工作。然而，與同步輻射光源相比，目前的深紫外激光只有單一光子能量的弱點也很明顯。對光電子能譜技術(shù)而言，由于光電效應(yīng)過程存在著選擇定則（矩陣元效應(yīng)），有些電子結(jié)構(gòu)在某些光子能量下可以清楚地顯示出來，但在其他光子能量下則可能很弱甚至觀察不到。所以，單一固定的光子能量，有可能錯過一些能帶結(jié)構(gòu)，甚至可能觀察不到重要的電子結(jié)構(gòu)信息。從單一光子能量發(fā)展到光子能量連續(xù)可調(diào)，可獲得材料的全面電子結(jié)構(gòu)信息，并大大增加可研究材料的種類，是深紫外激光技術(shù)的自然發(fā)展趨勢。

為保持我國在深紫外激光光電子能譜方面的優(yōu)勢和國際領(lǐng)先地位，需要開拓深紫外激光在光電子能譜技術(shù)應(yīng)用中的深度和廣度，其中一個重要方面就是研制光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀，以繼續(xù)提升光電子能譜技術(shù)的層次和功能，推動凝聚態(tài)物理和材料科學相關(guān)學科的發(fā)展。因此，該項目所研制的能譜儀除了具有超高能量分辨率、超高光束流強度和信號體效應(yīng)增強的優(yōu)點外，還具有光子能量連續(xù)可調(diào)的獨特優(yōu)點，這一優(yōu)勢不僅能夠獲得材料的全面電子結(jié)構(gòu)信息，還可大大增加可研究材料的種類。

該儀器建立在2006年底研制成功的真空紫外激光角分辨光電子能譜儀的基礎(chǔ)上。二者共用電子能量動量分析、樣品轉(zhuǎn)動冷卻、樣品制備表征和樣品傳輸系統(tǒng)。研制的光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光光源經(jīng)過高效、低損耗的傳輸系統(tǒng)對接到譜儀系統(tǒng)上。

患者,男,36歲,貨車司機,頭痛項強伴眩暈、惡心嘔吐。平臥眩暈減輕,動則尤甚。查:頸椎CT顯示:C4~6椎體骨質(zhì)增生。診斷為:頸椎病。中醫(yī)辯證為少陽兼太陽證。冶宜和解少陽,調(diào)和氣血。處方:柴胡12 g,黃芩12g,黨參15g炙甘草9g,生姜三片,大棗6枚,桂枝12g川芎12g,葛根25g,日1劑,水煎服,1日2次。3劑后,眩暈減輕,原方再服10劑痊愈。

能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光的使用，對能譜儀的設(shè)計也提出了更高的要求。在激光能量比較低時，光電子的動能更小，對能譜儀的要求也就更苛刻。例如，在激光能量為5.9eV時，對應(yīng)的光電子的動能要小于1eV，這需要對樣品室中的剩余磁場進行更好的屏蔽，同時也要采取措施，來保證電子能量分析器的角分辨功能，使其對如此低的光電子能量，仍能正常工作。此外，還需要針對在樣品上加偏壓是否有可能改善電子能量分析器的角分辨功能，以及偏壓對采集數(shù)據(jù)的影響等問題開展探索性研究。基于這一考慮，需要設(shè)計研制一個專門的極低溫可加偏壓樣品轉(zhuǎn)角儀系統(tǒng)。

該項目的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）電子能量分析器對極低動能光電子（1—3eV）進行角分辨模式探測的技術(shù)。由于VG Scienta公司生產(chǎn)的最新型Scienta R4000-WAL-0.1電子能量分析器，其角模式只能工作在5eV動能以上，而該項目所使用的光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光激發(fā)的光電子的動能僅約1—3eV，因此同樣需要由公司重新計算，然后由物理所研究人員進行試驗并改進標準配置的至關(guān)重要的“透鏡表”參數(shù)，以使該先進的電子能量分析儀能夠工作在深紫外激光低光子能量區(qū)域；

（2）兼顧獲得10-10mbar量級的超高真空和獲得低于10mGauss剩余磁場的磁屏蔽的樣品分析真空腔設(shè)計、制造技術(shù)。該譜儀與2006年底研制成功的真空紫外激光角分辨光電子能譜儀共用樣品分析磁屏蔽超高真空室；

（3）極低溫可加偏壓樣品轉(zhuǎn)角儀技術(shù)。為了實現(xiàn)對諸如超導體的能隙等非常小的能量尺度進行光電子能譜研究，分析在樣品上加偏壓是否有可能改善電子能量分析器的角分辨功能，以及偏壓對采集數(shù)據(jù)的影響等問題，研究人員以美國Janis公司開發(fā)的超高真空低溫樣品臺為基礎(chǔ)，并與日本的R-DEC公司合作，重新設(shè)計低溫恒溫器，充分利用冷氦氣的顯熱冷卻輻射屏，改進導冷機構(gòu)，優(yōu)化輻射屏設(shè)計和加工，進而采用真空減壓降溫的技術(shù)路線使樣品溫度可以降到約5K。另外，因為工作在角模式的電子能量分析儀接收光電子的范圍位于第零級透鏡前的一個水平狹縫中，因此輻射屏不必大幅開口，可以在輻射屏上設(shè)置一個小門，小門上開一個水平狹長槽孔，光電子出射。這樣，可以大幅度減小輻射屏開口面積，大大增強熱屏蔽能力，可以有效地降低樣品溫度；

（4）深紫外寬調(diào)諧全固態(tài)激光光源與能譜儀的對接技術(shù)。寬調(diào)諧激光的光束指向調(diào)整，不能使用單波長激光的介質(zhì)膜反射鏡，而需要用寬帶金屬反射鏡。這種反射鏡達到極高反射率所需要的材料組合是鋁膜加MgF2涂層。研究人員與Acton公司合作解決了這一問題。另外，為了不影響原來的7eV超高分辨率激光光源，設(shè)計了高精度移動式光束指向調(diào)整對接系統(tǒng)，使得兩種光源可以穩(wěn)定地隨時切換使用。

除以上關(guān)鍵技術(shù)以外，超高真空環(huán)境下樣品的原位快速傳遞技術(shù)、原位超高真空樣品制備技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)與“基于深紫外激光的同時具有自旋分辨和角分辨功能的高分辨光電子能譜儀”所采用技術(shù)特點一致。

4 基于飛行時間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀

隨著光源技術(shù)的不斷進步，角分辨光電子能譜技術(shù)中的電子探測技術(shù)也在不斷快速發(fā)展。最近，國際上一種基于光電子飛行時間探測技術(shù)的電子能量分析器（ARToF）被成功研發(fā)出來，使角分辨光電子能譜的探測方式由目前廣泛使用的半球型能量分析器的一維探測發(fā)展到同時實現(xiàn)動量空間的二維探測，角度探測效率提高約250倍。而且這類新的能量分析器由于其獨特的電子飛行時間分辨機能，特別適用于使用非連續(xù)性脈沖光源的實驗環(huán)境，尤其適用于激光光源。為了保持我國在國際相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，基于研制前兩臺世界先進光電子能譜儀過程中所獲得的寶貴經(jīng)驗，研制1臺以飛行時間電子能量探測器（ARToF）為基礎(chǔ)的深紫外激光角分辨光電子能譜儀變得十分必要。

該譜儀是一套獨立的深紫外激光光電子能譜儀系統(tǒng)，配備了低重頻皮秒脈沖激光光源和飛行時間電子能量探測器（ARToF），其主要研制內(nèi)容包括：

（1）高光束質(zhì)量、較高平均功率、低重復頻率深紫外全固態(tài)激光源；

（2）與VG Scienta公司合作，使該電子能量分析儀能夠工作在深紫外激光低光子能量區(qū)域，以實現(xiàn)飛行時間電子能量探測器（ARToF）對低動能光電子（＜3eV）進行角分辨模式探測；

（3）兼顧獲得10-10mbar量級的超高真空和獲得低于10mGauss剩余磁場的磁屏蔽的樣品分析真空腔。

5 結(jié)束語

為了保障深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備按計劃順利研制，在研制設(shè)計和建造大型科學裝置的豐富經(jīng)驗積累基礎(chǔ)上，根據(jù)《國家重大科研裝備研制項目管理辦法（試行）》要求，實行研究所法定代表人負責制。建立了項目管理工作組和項目實施小組推進項目實施工作。

在制度建設(shè)上，制定了深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備的研制工作計劃。該工作計劃以項目的研制內(nèi)容、研制目標、性能指標、研制周期、研制經(jīng)費等要素為基礎(chǔ)，從管理架構(gòu)、經(jīng)費和固定資產(chǎn)管理、進度安排、質(zhì)量控制和風險控制等方面入手，加強實施過程管理。

在工作程序上，項目嚴格按照質(zhì)量管理體系，從設(shè)計圖紙、材料選擇、部件加工到工藝安裝等各環(huán)節(jié)進行規(guī)范管理。

“深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備”最顯著特點表現(xiàn)在設(shè)施的總體系統(tǒng)效應(yīng)，是集國際獨占的非線性光學晶體與激光技術(shù)、國際最先進的光電子能譜技術(shù)于一體的綜合項目。

上述3臺設(shè)備的成功研制，將把光電子能譜技術(shù)再帶上一個新的臺階，對獲得材料的全面電子結(jié)構(gòu)信息，擴展研究體系的深度和廣度，為凝聚態(tài)物理，尤其是超導、磁學和自旋電子學等材料的研究，提供新的高尖端的實驗手段。

依托“深紫外固態(tài)激光源光電子能譜儀系列裝備”，物理所計劃搭建國際光電子能譜技術(shù)中心，實現(xiàn)將我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進技術(shù)向產(chǎn)品化的轉(zhuǎn)變，進而推向市場。從研發(fā)非線性光學晶體材料、激光倍頻器件、深紫外激光技術(shù)、光電子能譜儀器到前沿科學問題的研究，再到將我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的一系列技術(shù)產(chǎn)品化，形成一個完整的體系，集中我國相關(guān)領(lǐng)域的中堅力量，密切合作，以期有所突破，實現(xiàn)我國占領(lǐng)該領(lǐng)域的國際制高點，為我國在材料、儀器和相關(guān)科研等高科技領(lǐng)域的自主創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ)。

（相關(guān)圖片請見封二）

2013年1月4日

中科院計劃財務(wù)局副局長。E-mail:zbc@cashq.ac.