四種針對軟X射線和極紫外波段的分析和診斷光譜儀

國McPherson公司是一家專業的光譜設備生產廠商，公司位于波士頓西北部的Chelmsford。自1954年為美國空氣動力實驗室提供第一套光譜儀，服務于航空航天研究領域，60多年來，McPherson一直致力于為全世*的研究院所提供**流的光譜測試設備。在McPherson的客戶名單上，包括美國NIST、中國TOKAMAK設備、貝爾實驗室、歐洲聯合杯JET、奧斯丁核聚變反應堆等世界上眾多*流的研究機構。

McPherson公司已形成一條成熟完整的產品線，涵蓋從紅外、可見光、紫外、極紫外（EUV）、真空紫外（VUV）直至軟X射線（SXR）波段的所有領域（光譜范圍從＜1nm至78μm）。其所生產的設備包括從小型光譜儀到20多噸重、30多米長的大系統。光譜儀有的在太空飛行, 也有的可以裝入口袋。這些光譜儀光路設計包括正入射、掠入射、Criss-Cross、Czerny-Turner、Corrected Czerny-Turner、Seya-Namioka結構以及McPherson和Schoeffel 專*設計，同時承接光譜儀和光譜光度計的定制設計。

此外，McPherson也提供各種光譜儀相關配件，如：標準光源，氙燈、氘燈、鎢鹵素燈、汞燈、空心陰極燈、氣體放電燈、單陽極/多陽極軟X射線源等；標準參考探測器，可覆蓋真空紫外-紅外波段；各種組件，多通道光纖（多達100多通道）、耦合器、準直器、真空樣品室、超高真空組件等。

在McPherson所有的產品中，除了傳統C-T結構光譜儀以及超高分辨率光譜儀以外，最富盛名的就是其真空紫外和軟X射線光譜儀以及基于該類光譜儀而開發的一系列產品，如：真空紫外分光光度計、真空紫外可調單色光源、VUV熒光粉測試系統、UV-VIS-IR光譜校準測試系統等，特別是此類產品在全世*同步加速器以及核聚變研究方面的應用，已經成為了光譜測試領域的傳奇。

McPherson部分客戶

McPherson制造的光譜儀可以在極短的光波長下工作，從波長小于1nm，到可見光范圍，其分析和診斷儀器適合您的應用，例如，針對工作在高次諧波（HHG）激光診斷，先進半導體極紫外測量和分析，高溫軟X射線等離子體物理診斷，超高（UHV）或高真空應用。McPherson生產開發了大量的光譜儀型號和光學設計。以下是在許多光譜學學科中廣受歡迎的四種光譜儀，這四種光譜儀專為軟X射線和超快極紫外光子源和激光系統的分析和診斷光譜計量開發，可進行0.5到500nm以上的光學測量。

一、用于測量低能量深紫外光波長（50-500nm）

主要為234/302型號，這是一個非常好的儀器，可從紫外波段覆蓋至波長30nm，兼顧掃描應用和直接探測CCD快速采集光譜。如果您需要更高的光譜分辨率，可以考慮型號235或型號225用于相同的波長范圍。

234/302實物圖

234/302——像差校正真空光譜儀，主要特點：

l 可搭配CCD或MCP像增強器的真空光譜儀

l 工作于30nm-VUV波段

l 高光通量，f/4.5

l 可選擇——塔輪，多出口，超高真空（UHV）

234/302實物圖及多種類型可選

系統示例：基于234/302的真空紫外分光光度計

光譜實測數據：

電離氦、氖發射光譜測試

200nm以下氘燈光譜測試

真空紫外氫光譜測試

2400g Pt＆1200g Al+MgF2

注：采用234/302像差校正光柵搭配直接探測CCD采集氘燈光譜，光源為帶氟化鎂光窗的氘燈；對于氫、氦和氖，光源是McPherson 629型號空心陰極燈；電離氦、氖掃描光譜測試，采用VUV硅探測器及凹面像差校正的單色儀光柵（2400 g/mm鍍Pt涂層和1200 g/mm鍍Al+MgF2涂層）。

235與225型號真空光譜儀

二、針對高能光譜（1-300nm）的分析和診斷

真空紫外（VUV）248/310型號符合要求，它可搭配單點探測器或作為一種采用凹球面光柵的掃描單色儀，狹縫或探測器沿羅蘭圓掃描，它可配置直接探測CCD、MCP像增強器一起工作，當與光譜光源集成時，可以成為可調光源，適用于半導體、空間科學、天體物理學等領域的計量和校準。

248/310搭配直接探測CCD

248/310搭配MCP像增強器及CCD

基于248/310的可調光源

注：McPherson掠入射光譜儀可以多種配置以滿足應用或實驗要求。如：為了診斷瞬態等離子體，用戶可能需要快速收集一系列數據，并盡可能具有良好的時間分辨率， 本儀器可配備具有選通能力的MCP像增強器；為了監測一個窄的光譜區域（如FEL、HHG X射線激光器），配置CCD可以用于高分辨率的直接探測， CCD讀出需要更長的時間，但它們提供了優異的靈敏度和響應范圍； 對于測試材料反射/透過率或在軟X射線和極紫外波段的校準，248/310可以設置反向、掃描源及提供特定波長的樣品或部件用于測試。 

248/310——SXR和EUV羅蘭圓單色儀，主要特點：

l 羅蘭圓光學系統

l 1nm到310nm波段范圍

l 支持掃描狹縫，直接探測CCD，MCP配置

l 多種光柵可選

三、以高能光譜診斷為目標（0.5-150nm）

251MX型號是一個輕松的解決方案。它使用像差校正的衍射光柵，在直接探測CCD（或門控MCP像增強器）上產生25毫米寬的平場。多種衍射光柵可供選擇，且可同時安裝兩塊衍射光柵以提高軟X射線覆蓋范圍。該XUV光譜儀活動部件少，在軟X射線（SXR）和真空紫外波段內易于使用。

251MX實物及結構圖

251MX——XUV、SXR和EUV平場光譜儀，主要特點：

l 像差校正光柵

l 平場，直接用MCP或CCD探測

l 快速光譜數據采集

l 高真空度10^-6 torr

l 可選——超高真空（UHV）

    實測光譜數據示例：

雙離子氦光譜測試

氦和氫光譜測試

氬I和II離子光譜測試

氦氖混合氣體光譜測試

MgO光譜測試

Al-K光譜測試

注：MgO光譜是用251MX型號配置CCD探測的；300g/mm光柵用于氦和氫數據；MgO和Al-K數據使用2400g/mm光柵；其余為1200g/mm像差校正的平場光柵；光源為McPherson無窗空心陰極燈和軟X射線（SXR）固態陽極源。

四、離平面（Off Plane）OP-XCT光譜儀

OP-XCT光譜儀使用環面鏡和平面光柵進行點對點成像，具有固定的入口和出口狹縫位置，掠入射離面光學系統效率高，時間展寬低，成像質量好，且易于使用。當作為串聯或雙單色儀時，滿足時間補償，這對于EUV和SXR短脈沖和超快激光的應用是有益的。光譜范圍取決于所選的衍射光柵——提供了四塊可選——通常是8-125nm（10-150eV）。*的非平面光柵幾何結構提供了非常高的衍射效率。它在時間相關和角度分辨的光電子能譜（ARPES）以及其他高能研究（如pinch、LPP、同步加速器）中是一種有效的光譜儀。

OP-XCT實物圖

OP-XCT——SXR、EUV離平面光譜儀，主要特點：

l 點對點成像

l 平面，運動光柵

l 高光通量

l 掃描或CCD探測

示例：發表于Nature的論文