四种针对软X射线和极紫外波段的分析和诊断光谱仪

国McPherson公司是一家专业的光谱设备生产厂商，公司位于波士顿西北部的Chelmsford。自1954年为美国空气动力实验室提供第一套光谱仪，服务于航空航天研究领域，60多年来，McPherson一直致力于为全世*的研究院所提供**流的光谱测试设备。在McPherson的客户名单上，包括美国NIST、中国TOKAMAK设备、贝尔实验室、欧洲联合杯JET、奥斯丁核聚变反应堆等世界上众多*流的研究机构。

McPherson公司已形成一条成熟完整的产品线，涵盖从红外、可见光、紫外、极紫外（EUV）、真空紫外（VUV）直至软X射线（SXR）波段的所有领域（光谱范围从＜1nm至78μm）。其所生产的设备包括从小型光谱仪到20多吨重、30多米长的大系统。光谱仪有的在太空飞行, 也有的可以装入口袋。这些光谱仪光路设计包括正入射、掠入射、Criss-Cross、Czerny-Turner、Corrected Czerny-Turner、Seya-Namioka结构以及McPherson和Schoeffel 专*设计，同时承接光谱仪和光谱光度计的定制设计。

此外，McPherson也提供各种光谱仪相关配件，如：标准光源，氙灯、氘灯、钨卤素灯、汞灯、空心阴极灯、气体放电灯、单阳极/多阳极软X射线源等；标准参考探测器，可覆盖真空紫外-红外波段；各种组件，多通道光纤（多达100多通道）、耦合器、准直器、真空样品室、超高真空组件等。

在McPherson所有的产品中，除了传统C-T结构光谱仪以及超高分辨率光谱仪以外，最富盛名的就是其真空紫外和软X射线光谱仪以及基于该类光谱仪而开发的一系列产品，如：真空紫外分光光度计、真空紫外可调单色光源、VUV荧光粉测试系统、UV-VIS-IR光谱校准测试系统等，特别是此类产品在全世*同步加速器以及核聚变研究方面的应用，已经成为了光谱测试领域的传奇。

McPherson部分客户

McPherson制造的光谱仪可以在极短的光波长下工作，从波长小于1nm，到可见光范围，其分析和诊断仪器适合您的应用，例如，针对工作在高次谐波（HHG）激光诊断，先进半导体极紫外测量和分析，高温软X射线等离子体物理诊断，超高（UHV）或高真空应用。McPherson生产开发了大量的光谱仪型号和光学设计。以下是在许多光谱学学科中广受欢迎的四种光谱仪，这四种光谱仪专为软X射线和超快极紫外光子源和激光系统的分析和诊断光谱计量开发，可进行0.5到500nm以上的光学测量。

一、用于测量低能量深紫外光波长（50-500nm）

主要为234/302型号，这是一个非常好的仪器，可从紫外波段覆盖至波长30nm，兼顾扫描应用和直接探测CCD快速采集光谱。如果您需要更高的光谱分辨率，可以考虑型号235或型号225用于相同的波长范围。

234/302实物图

234/302——像差校正真空光谱仪，主要特点：

l 可搭配CCD或MCP像增强器的真空光谱仪

l 工作于30nm-VUV波段

l 高光通量，f/4.5

l 可选择——塔轮，多出口，超高真空（UHV）

234/302实物图及多种类型可选

系统示例：基于234/302的真空紫外分光光度计

光谱实测数据：

电离氦、氖发射光谱测试

200nm以下氘灯光谱测试

真空紫外氢光谱测试

2400g Pt＆1200g Al+MgF2

注：采用234/302像差校正光栅搭配直接探测CCD采集氘灯光谱，光源为带氟化镁光窗的氘灯；对于氢、氦和氖，光源是McPherson 629型号空心阴极灯；电离氦、氖扫描光谱测试，采用VUV硅探测器及凹面像差校正的单色仪光栅（2400 g/mm镀Pt涂层和1200 g/mm镀Al+MgF2涂层）。

235与225型号真空光谱仪

二、针对高能光谱（1-300nm）的分析和诊断

真空紫外（VUV）248/310型号符合要求，它可搭配单点探测器或作为一种采用凹球面光栅的扫描单色仪，狭缝或探测器沿罗兰圆扫描，它可配置直接探测CCD、MCP像增强器一起工作，当与光谱光源集成时，可以成为可调光源，适用于半导体、空间科学、天体物理学等领域的计量和校准。

248/310搭配直接探测CCD

248/310搭配MCP像增强器及CCD

基于248/310的可调光源

注：McPherson掠入射光谱仪可以多种配置以满足应用或实验要求。如：为了诊断瞬态等离子体，用户可能需要快速收集一系列数据，并尽可能具有良好的时间分辨率， 本仪器可配备具有选通能力的MCP像增强器；为了监测一个窄的光谱区域（如FEL、HHG X射线激光器），配置CCD可以用于高分辨率的直接探测， CCD读出需要更长的时间，但它们提供了优异的灵敏度和响应范围； 对于测试材料反射/透过率或在软X射线和极紫外波段的校准，248/310可以设置反向、扫描源及提供特定波长的样品或部件用于测试。 

248/310——SXR和EUV罗兰圆单色仪，主要特点：

l 罗兰圆光学系统

l 1nm到310nm波段范围

l 支持扫描狭缝，直接探测CCD，MCP配置

l 多种光栅可选

三、以高能光谱诊断为目标（0.5-150nm）

251MX型号是一个轻松的解决方案。它使用像差校正的衍射光栅，在直接探测CCD（或门控MCP像增强器）上产生25毫米宽的平场。多种衍射光栅可供选择，且可同时安装两块衍射光栅以提高软X射线覆盖范围。该XUV光谱仪活动部件少，在软X射线（SXR）和真空紫外波段内易于使用。

251MX实物及结构图

251MX——XUV、SXR和EUV平场光谱仪，主要特点：

l 像差校正光栅

l 平场，直接用MCP或CCD探测

l 快速光谱数据采集

l 高真空度10^-6 torr

l 可选——超高真空（UHV）

    实测光谱数据示例：

双离子氦光谱测试

氦和氢光谱测试

氩I和II离子光谱测试

氦氖混合气体光谱测试

MgO光谱测试

Al-K光谱测试

注：MgO光谱是用251MX型号配置CCD探测的；300g/mm光栅用于氦和氢数据；MgO和Al-K数据使用2400g/mm光栅；其余为1200g/mm像差校正的平场光栅；光源为McPherson无窗空心阴极灯和软X射线（SXR）固态阳极源。

四、离平面（Off Plane）OP-XCT光谱仪

OP-XCT光谱仪使用环面镜和平面光栅进行点对点成像，具有固定的入口和出口狭缝位置，掠入射离面光学系统效率高，时间展宽低，成像质量好，且易于使用。当作为串联或双单色仪时，满足时间补偿，这对于EUV和SXR短脉冲和超快激光的应用是有益的。光谱范围取决于所选的衍射光栅——提供了四块可选——通常是8-125nm（10-150eV）。*的非平面光栅几何结构提供了非常高的衍射效率。它在时间相关和角度分辨的光电子能谱（ARPES）以及其他高能研究（如pinch、LPP、同步加速器）中是一种有效的光谱仪。

OP-XCT实物图

OP-XCT——SXR、EUV离平面光谱仪，主要特点：

l 点对点成像

l 平面，运动光栅

l 高光通量

l 扫描或CCD探测

示例：发表于Nature的论文