arpes光束线的建设与其性能优化分析

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1、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

2、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

3、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～，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。关键词：角分辨光电子能谱光束线点列图单色仪优化摘要AbstI'actABSTRACTAngie-ResolvedPhotoemissionSpectroscopy(ARPES)isoneofthemostdirecte

4、xperimentaltechniquestostudytheelectronicstructureofsolids．ARPESmeasurestheenergydistributionofphotoelectronsatdifferentemissionangleswithrespecttothesamplesurfacenormal，thusdirectlymeasuringtwofundamentalquantitiesfordescribingtheelectronicstateofas

5、olid，theenergyandthemomentumoftheelectrons．ARPEShasbecometheprimechoiceinsmd)ringnovelmaterials，particularlyhi曲temperaturesuperconductorsandotherstronglycorrelatedelectronsystems．Byusingsynchrotronradiationundulatorsource，thephotoemissiontechniquecan

6、overcometheextremesurfacesensitivityofpresentARPEStechnique．InthispaperwedesignandconstructahighresolutionbeamlineforARPES．Thespotdiagrammethodswi廿1thegeneticalgorithmisstudiedfortheoptimizationofthebeamlineoptics．1．ThebackgroundofARPESwasbrieflydesc

7、ribed，andthemainhighresolutionbeamlinesforphotoemissionintheworldwereintroduced．．2．AhighresolutionbeamlinebasedonundulatoratHLSwasdesigned．Thegrazingincidentsphericalgratingmonochromator(SGM)coveringaphotoenergyrangeof5-40eVisselected．Itsresolvingpow

8、erisbetterthan10000at8eVnlephotofluxandspotsizeatsamplepositionaretypically5x1010phs／sandlx0．5ram2，respectively．3．Detailsabouttheinstallationandcommissioningofbeamlinearegiven．Themonochromatoriscalibratedandtheperformanceofthebeamlineistested．Theprel