ARPES光束线的建设及其性能优化研究

摘要

角分辨光电子能谱(ARPES)是研究材料电子结构最直接有效的工具之一，它不但能探测电子的能量，还能探测电子的动量。在强关联体系和其它先进材料的研究和理论发展中处于非常突出的地位。基于同步辐射波荡器真空紫外光源的角分辨光电子能谱能够克服传统光电子能谱的表面极端敏感，并且能获得高分辨率。本文基于合肥光源在真空紫外波段的优势，设计了一条用于角分辨光电子能谱的高分辨光束线，完成了光束线的安装搭建和性能测试。并在此基础上，尝试利用点列图法优化光栅单色仪设计，提升光束线性能。
　　 1.简述了关于角分辨光电子能谱的研究背景，介绍了国际上现有的用于光电子能谱的高分辨光束线。
　　 2.介绍了合肥光源ARPES高分辨率光束线的理论设计。其基于波荡器光源，采用固定包含角球面光栅单色器(SGM)覆盖5-40eV的能量范围，分辨能力好于10000(在8eV处)，在实验站处的光子通量好于5×1010phs/s，光斑尺寸小于1×0.5mm2。
　　 3.详细介绍了光束线主要部件的安装调试和准直经过，并进行了光栅单色仪的光子能量定标、束线分辨率测试、光通量测试以及实验站样品位置处的光斑大小测试。初步实验结果表明，该束线性能达到设计目标，获得了meV水平的实际能量分辨能力，样品处平均光强约为5×1010photons·s-1，可满足相关领域用户的实验需求。
　　 4.介绍了点列图法的数学过程和评价函数的选择，并将遗传算法引入到评价函数的优化中，实现了全息光栅曝光参数的逆向自动优化设计，达到进一步优化光栅单色仪性能之目的。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 角分辨光电子能谱

1．2．1 研究背景

1．2．2 角分辨光电子能谱

1．3 同步辐射光束线

1．3．1 同步辐射光源

1．3．2 同步辐射光束线

1．4 国际上高分辨光电子能谱光束线介绍

1．4．1 日本Spring8软X射线波段高分辨光束线

1．4．2 美国ALS真空紫外高分辨光束线

1．4．3 台湾光源真空紫外光束线

1．4．4 意大利Elettra角分辨光电子能谱光束线

1．4．5 日本UVSOR—ll角分辨光电子能谱光束线

1．5 本文选题及主要内容

参考文献

第二章 ARPES光束线光学设计简介

2．1 科学目标和光源选择

2．1．1 光束线科学目标

2．1．2 波荡器光源及其性能

2．2 光束线光学结构

2．2．1 光学布局

2．2．2 主要部件性能与指标

2．3 性能模拟与计算

2．3．1 束线分辨能力

2．3．2 传输效率

2．4 Shadow追迹结果

2．4．1 分辨能力

2．4．2 样品上光斑

2．4．3 各个光学元件上的光斑

2．5 总体布局

2．6 小结

参考文献

第三章 ARPES光束线安装准直及其性能测试

3．1 ARPES光束线的安装准直

3．1．1 地面画线

3．1．2 模拟光源架设

3．1．3 水平偏转镜Mh的安装准直

3．1．4 气体滤波器的安装准

3．1．5 垂直偏转镜的安装准直

3．1．6 入射狭缝的安装

3．1．7 光栅室的安装准直

3．1．8 出缝的安装准直

3．1．9 后置聚焦镜的安装准直

3．2 ARPES光束线光栅单色器的光谱定标

3．2．1 测量方法和测量仪器

3．2．2 光栅的零级

3．2．3 光子能量标定

3．2．4 分辨率测试

3．2．5 光子通量的测定

3．2．6 光斑大小测定

3．3 小结

参考文献

第四章 像差校正全息光栅的逆向优化设计方法及其应用

4．1 点列图法简介

4．1．1 光线追迹

4．1．2 评价函数建立

4．2 基于遗传算法的光栅曝光参数优化

4．2．1 遗传算法介绍

4．2．2 编码方式

4．2．3 适应度函数

4．2．4 算子设计

4．2．5 选择策略

4．2．6 运行参数设定

4．3 遗传算法优化结果及其与最小二乘法结果对比

4．4 点列图法在ARPES光束线上的应用

4．5 小结

参考文献：

第五章 展望与总结

5．1 结论

5．2 展望

硕士期间发表的文章

致谢