本發(fā)明涉及激光應(yīng)用領(lǐng)域和光譜測量領(lǐng)域，特別涉及近邊X射線吸收譜儀。

背景技術(shù)：

X射線透過物質(zhì)時光強會減弱，產(chǎn)生吸收，吸收光譜不是單調(diào)變化的曲線，會在某些位置出現(xiàn)吸收突變，這些吸收光譜發(fā)生突變位置稱為吸收邊，而吸收邊對應(yīng)的能量為原子內(nèi)殼層電子電離閾。由于受附近其他原子影響，吸收邊前后形成了一系列振蕩峰，解析這段吸收譜就可以獲得吸收原子附近原子簇的幾何結(jié)構(gòu)。吸收邊前后約50eV的區(qū)域稱為近邊結(jié)構(gòu)，近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(Near Edge X-ray Absorption Fine Structure，NEXAFS)是利用近邊結(jié)構(gòu)分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，具有高空間分辨率、元素選擇性、無損傷、無物理狀態(tài)限制等特點，是研究物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)和原子局域結(jié)構(gòu)的一種強有力工具。

國內(nèi)外大多數(shù)NEXAFS實驗都是在同步輻射線上進行，然而同步輻射裝置非常有限的機時以及極高的建造運營成本，限制了它的應(yīng)用推廣。因此，研究基于小型X射線源的小型化近邊X射線吸收譜儀具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種小型近邊X射線吸收譜儀，所述近邊X射線吸收譜儀包括：光源，濾光片饋入部件，樣品腔，狹縫，分光元件，光譜探測器，光源探測器，真空獲取系統(tǒng)；所述光源出射的光通過所述光源探測器記錄和調(diào)整后依次經(jīng)過所述濾光片饋入部件，樣品腔，狹縫，分光元件后通過所述光譜探測器進行探測；所述樣品腔里可放置樣品；所述分光元件設(shè)置在分光元件腔中；所述真空獲取系統(tǒng)用于對所述光源腔、樣品腔和分光元件腔進行抽真空。

一些實施例中，所述光源包括激光器，聚焦物鏡以及靶材；所述激光器發(fā)出的光經(jīng)過聚焦物鏡后聚焦至靶材上。

一些實施例中，所述靶材為氪氣或氮氣。

一些實施例中，所述光源探測器為針孔相機。

一些實施例中，所述濾光片饋入部件包括Ti膜。

一些實施例中，所述分光元件為光柵。

一些實施例中，所述光柵為具有平場特性的球面變線距光柵。

一些實施例中，所述光譜探測器為面陣CCD。

一些實施例中，所述真空獲取系統(tǒng)包括第一真空獲取系統(tǒng)和第二真空獲取系統(tǒng)；所述第一真空獲取系統(tǒng)設(shè)置在光源上用于對所述光源抽真空；所述第二真空獲取系統(tǒng)設(shè)置在樣品腔上，用于對所述樣品腔和分光元件腔抽真空。

一些實施例中，所述第一真空獲取系統(tǒng)和第二真空獲取系統(tǒng)分別包括：初級泵，次級泵以及角閥。

本發(fā)明提供的一種近邊X射線吸收譜儀，能方便地得到待測樣品的NEXAFS信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例的近邊X射線吸收譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出了一種可實現(xiàn)NEXAFS光譜測量的小型近邊X射線吸收譜儀。

如圖1所示，所述近邊X射線吸收譜儀100包括：光源14，濾光片饋入部件6，樣品腔7，狹縫9，分光元件11，光譜探測器12，光源探測器13，真空獲取系統(tǒng)1、2；所述光源14出射的光通過所述光源探測器13記錄和調(diào)整后依次經(jīng)過所述濾光片饋入部件6，樣品腔7，狹縫9，分光元件11后通過所述光譜探測器12進行探測；所述樣品腔7里可放置樣品8；所述分光元件11設(shè)置在中；所述真空獲取系統(tǒng)用于對所述光源腔5、樣品腔7和分光元件腔10進行抽真空。

一些實施例中，所述光源14包括激光器3，聚焦物鏡4，光源腔5以及靶材15；所述激光器3發(fā)出的光經(jīng)過聚焦物鏡4后聚焦至靶材上。

一些實施例中，所述靶材15為氪氣或氮氣。

一些實施例中，所述光源探測器13為針孔相機。

一些實施例中，所述濾光片饋入部件6包括Ti膜。所述濾光片饋入部件6用以饋入Ti膜降低帶寬外的紫外光、可見光和紅外光的影響。

一些實施例中，所述分光元件11為光柵。

一些實施例中，所述光柵為具有平場特性的球面變線距光柵。

一些實施例中，所述光譜探測器12為面陣CCD。

一些實施例中，所述真空獲取系統(tǒng)包括第一真空獲取系統(tǒng)1和第二真空獲取系統(tǒng)2；所述第一真空獲取系統(tǒng)1設(shè)置在光源腔5上用于對所述光源腔5抽真空；所述第二真空獲取系統(tǒng)2設(shè)置在樣品腔7上，用于對所述樣品腔7和分光元件腔10抽真空。

一些實施例中，所述第一真空獲取系統(tǒng)1和第二真空獲取系統(tǒng)2分別包括：初級泵，次級泵以及角閥。

本發(fā)明實施例提供的一種基于激光等離子體光源的小型化近邊X射線吸收譜儀，其工作流程如下：

(1)光源以氮氣作為靶材，借助氮氣的特征譜線，建立光譜探測器像素位置與波長的關(guān)系λ(x)；

(2)光源以氪氣作為靶材，測量通過樣品前后的光強I₀(x)和I(x)，用針孔相機記錄的光源能量修正測得的光強，得到I₀，(x)和I，(x)；

(3)通過公式μ(x)d＝ln[I₀，(x)/I，(x)]計算出樣品8的吸收光譜，再結(jié)合像素位置與波長的關(guān)系λ(x)計算得到μd-λ曲線，其中d表示樣品厚度；

(3)對步驟(2)中計算得到的μd-λ曲線進行處理，經(jīng)過背景噪聲扣除及歸一化處理后，得到待測樣品的NEXAFS信息。

下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明提供的小型近邊X射線吸收譜儀100進行詳細(xì)說明。

如圖1所示，為基于激光等離子體光源的近邊X射線吸收譜儀100，其近邊X射線吸收譜儀100包括：光源14，濾光片饋入部件6，樣品腔7，狹縫9，分光元件11，光譜探測器12，光源探測器13，真空獲取系統(tǒng)1、2；所述光源14出射的光通過所述光源探測器13記錄和調(diào)整后依次經(jīng)過所述濾光片饋入部件6，樣品腔7，狹縫9，分光元件11后通過所述光譜探測器12進行探測；所述樣品腔7里可放置樣品8；所述分光元件11設(shè)置在分光元件腔10中；所述真空獲取系統(tǒng)用于對所述光源腔5、樣品腔7和分光元件腔10進行抽真空。

其中，所述分光元件11為光柵，所述光譜探測器12為CCD相機，所述光源探測器13為針孔相機。所述近邊X射線吸收譜儀100的工作原理和流程如下：

(1)濾光片饋入部件6，用以饋入Ti膜降低帶寬外的紫外光、可見光和紅外光的影響；

(2)開啟與光源腔5相連的第一真空獲取系統(tǒng)1中的初級泵，并開啟與樣品腔7相連的第二真空獲取系統(tǒng)2中的初級泵，通過兩個角閥分別控制兩個初級泵的抽氣速度以保護濾光片饋入部件6，使得初始抽速小于0.5mbar/s，直至真空度優(yōu)于10mbar后角閥完全開啟；

(3)光源腔5、樣品腔7以及分光元件腔10的真空度高于0.5mbar，分別開啟第一真空獲取系統(tǒng)1和第二真空獲取系統(tǒng)2中的次級泵；

(4)光源腔5真空度優(yōu)于1*10^-4mbar，以氮氣作為靶材，開啟做為光源14泵浦源的YAG激光器3，激光器3發(fā)出的光經(jīng)過聚焦鏡4聚焦于氣體靶15上產(chǎn)生X射線輻射輸出，同時開啟針孔相機13用以測量并記錄光源的光斑的形狀和位置以及光源腔5輸出能量的穩(wěn)定性，根據(jù)光斑形狀和位置信息，調(diào)整泵浦源YAG激光器的聚焦光斑的位置，以實現(xiàn)光源的穩(wěn)定工作；

(5)光源腔5產(chǎn)生的X射線輻射輸出經(jīng)過狹縫9，經(jīng)由分光元件11分光到達(dá)CCD相機12，CCD相機12測到的未經(jīng)過樣品的光源強度分布，建立像素位置與波長的關(guān)系λ(x)；

(6)以氪氣作為靶材，重復(fù)步驟(5)，測量未通過樣品的光強分布I₀(x)，用針孔相機13記錄的光源能量修正測得的光強，得到I₀，(x)；

(7)以氪氣作為靶材，光源產(chǎn)生的X射線輻射輸出透過樣品8通過狹縫9，經(jīng)由光柵11分光打到CCD相機12上，CCD相機12測量透過樣品后的光強I(x)，用針孔相機記錄的光源能量修正測得的光強，得到I，(x)；

(8)通過公式μ(x)d＝ln[I₀，(x)/I，(x)]計算出各樣品的吸收光譜，再結(jié)合像素位置與波長的關(guān)系λ(x)計算得到μd-λ曲線，其中d表示樣品厚度；

(9)對步驟(8)中計算獲得的μd-λ曲線進行處理，經(jīng)過背景噪聲扣除及歸一化處理后，得到待測樣品的NEXAFS信息。

本發(fā)明公開的一種基于激光等離子體光源的小型化近邊X射線吸收譜儀具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明公開的一種基于激光等離子體光源的小型化近邊X射線吸收譜儀，運行過程中測量通過樣品前后的光強分布I₀(x)和I(x)，計算出待測樣品吸收光譜，最終得到待測樣品的NEXAFS信息，操作方便，而且運行成本低；

(2)本發(fā)明公開的一種基于激光等離子體光源的小型化近邊X射線吸收譜儀中，針孔相機用于測量并記錄光源的光斑的形狀和位置，用以輔助調(diào)整光源，同時監(jiān)控光源的能量波動，以便對CCD相機的測試結(jié)果進行歸一化，提高了測量精度。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

以上所述本發(fā)明的具體實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。