光源1:紫外气体灯

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图 22 紫外气体光谱

ARPES配有费勉仪器生产的高亮度单色聚焦真空紫外光源(BL-1010S),以及气路面板,可以在Kr和Xe之间切换。紫外灯主体部分由光源、差抽系统、线性传输段和ETC(ellipsoidal transfer capillary)组成。惰性气体经气路进入紫外灯光源, 在谐振腔内发生回旋共振产生紫外光。紫外光穿过手阀, 经由ETC在样品表面聚焦,光斑在焦点处直径为1mm左右。

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图 23 紫外气体灯

用前检查

用户使用紫外灯前, 应确保紫外灯处于初始状态:

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图 24 紫外灯的泵组

  1. 泵组状态: 在控制面板上检查紫外灯泵是否正常,(转速SPO约90000 RPM, 功率POW约5 W)。

  2. 紫外灯位置: 紫外灯完全退出 ARPES 腔体, 位置指针位于刻度标尺5cm以上。

  3. 闸板阀状态: 紫外灯手阀处于关闭状态。

  4. 气路: 初始状态下, 气体钢瓶主阀关闭, 减压阀读数在0.5-1bar之间; 气路面板初始状态如下图初始状态, 对应使用气 Xe/Kr 的进气阀门打开,V1、V3 打开,V2 关闭, 漏阀 VL 部分打开.

注意: 紫外灯控制面板只显示气动阀的电控状态, 无法检测是否有高压空气通入阀门, 当前级真空过差时1E-2 mbar, 要确定气动阀是否真正打开。

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图 25 紫外灯气路面板

开启设备,以Kr灯为例

  1. 供气: 打开气体钢瓶主阀和减压阀 (减压阀调节在 0.5-1bar 之间, 正常不需要操作),打开 V2, 缓慢打开 VL, 控制 DP1 所在的光源腔真空达到 2~5E-4 mbar。注: 微漏阀VL反应不敏感, 需要慢慢打开(正常情况下也设置好,不需要操作), 若不慎将腔体真空升至 1e-3 mbar 量级, 需调小微漏阀, 待真空恢复至 2-5e-4 mbar 再进行下一步。

  2. 点亮紫外灯: 供气完成后, 在固态微波源的操作界面上操作点亮紫外灯, 如图4.4所示.首先点击 1 开启电源, 然后点击 2 开启射频, 缓慢转动固态微波源右侧的 RF ADJ 旋钮 4, 升高微波功率 3 和输出功率 5, 当微波功率达 5 到 30 W(Xe 灯为 10W)时, 紫外灯光源会发出暗紫色光, 此时紫外灯已被点亮.随即降低输出功率至 3 W(Xe 灯为 1 W), 改变微波频率使反射功率接近 0, 使紫外灯处于正常工作状态.使用时, 输出功率和反射功率应保持稳定.

  3. 缓慢转动位移台使紫外灯移动至刻度标尺 0.5 cm 附近, 移动过程中注意用 CCD 和视窗观察 ETC 前端与样品之间的距离, 以免发生碰撞.然后打开手阀, 使激发光照射到样品表面。

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图 26 固态微波源控制界面

注意: 观察开阀真空增量,打开手阀后,主腔真空增量好于 5E-12 mbar。

关闭设备

按照与开启设备相反的顺序关闭设备: 缓慢降低微波功率至 0,关闭射频和电源。关闭手阀。然后缓慢转动位移台至刻度标尺 6cm 附近。 关闭气路V2和气瓶主阀。

气体更换

实验过程中,需要更换UV灯工作气体以变更光子能量时,可按以下流程进行。换气前确保紫外灯完全处于初始状态,关闭漏阀VL,关闭所有钢瓶主阀和进气阀。洗气过程:

  1. 在洗气口接入一台干泵,依次打开V0,V1,V2,对前半部分气路进行抽气,抽气5分钟左右后,关闭V0。

  2. 关闭新气瓶减压阀,打开钢瓶主阀,调节减压阀充气至0.5bar,然后关闭钢瓶主阀,缓慢打V0,全开后抽气10分钟左右,关闭V0。该步骤重复3次。

  3. 关闭新气瓶的减压阀,打开钢瓶主阀,调节减压阀至0.5 bar,完成换气。

  4. 重新开启紫外灯,检查出光状态,若出光正常,则拆除干泵,继续实验。

注意: 在实验中过程中换气,紫外灯真空显示为5E-4mbar量级。如果关闭V3,由3个分子泵抽气路到1E-8mbar量级需要1小时左右。最快的方式,是在接上干泵之后抽起来之后,将除了钢瓶主阀之外的所有阀都打开,把紫外灯内部抽到8E-8mbar以下时,关闭微漏阀门,后面再正常洗气。

Note

现在的滤片用的时CaF2,能过滤10eV以上的光,不能区分Xe的两个能量8.43eV和9.57eV,前者强度是后者的10倍