角分辨光电发射光谱
角分辨光谱简介
一、引言
θ
air
cavity θc
k= = sinθ
角度与平面动量密切相关
4
1. 转臂法
二、方法
通过精密的机械结构，直接确定激发角度和收集角度。
W. Xu et al. Thin Solid Films 2012, 520, 6001-6006
5
1. 转臂法
二、方法
优点：角度测量范围大
缺点：慢
W. Xu et al. Thin Solid Films 2012, 520, 6001-6006
6
2. 后焦平面法（后傅里叶面法）
二、方法
物镜后焦平面的一点在物镜前对应着一个特定方向的平行光。
M. Kall et al. Nano Lett. 2011, 11, 706-711
7
2. 后焦平面法（后傅里叶面法）
角分辨光谱
Angle-Resolved Spectroscopy
1
一、引言
钙钛矿吸收光谱
钙钛矿荧光光谱
M. G. Kanatzidis et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7843-7850
2
一、引言
角分辨光谱
出射样品的角度/入射样品的角度/入射镜头的角度
3
为什么需要角分辨光谱？
二、方法
物镜后焦平面的一点在物镜前对应着一个特定方向的平行光。
8
2. 后焦平面法（后傅里叶面法）
二、方法
共焦：提高空间分辨率，抑制杂散光。
9
二、方法
角分辨光谱的角度测量范围由收集镜头的数值孔径决定！
优点：快
缺点：角度范围有限
角分辨光谱测量系统及其在二维纳米结构光学表征中的应用-概述说明以及解释
角分辨光谱测量系统及其在二维纳米结构光学表征中的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述角分辨光谱测量系统是一种常用于纳米结构表征的重要工具，在近年来的研究中得到了广泛的应用。
随着纳米科技的快速发展，对于纳米结构的精确表征需求越来越迫切。
传统的光谱测量系统在面对纳米结构表征时存在一些困难，而角分辨光谱测量系统则能够有效地解决这些问题。
角分辨光谱测量系统基于角分辨光谱技术，通过测量入射光和散射光之间的角度关系，实现对纳米结构的精确表征。
其基本原理是利用光的散射和干涉现象，通过测量不同角度下的散射光强度和相位差，分析纳米结构的形貌、尺寸和光学性质等关键参数。
角分辨光谱测量系统主要由四个组件组成：入射光源、样品台、角分辨装置和光谱检测器。
其中，入射光源产生单色光束，样品台用于支撑和定位待测样品，角分辨装置通过精确控制入射角度和检测角度来实现角分辨测量，光谱检测器用于收集和分析散射光信号。
角分辨光谱测量系统在纳米结构表征研究中有广泛的应用。
它可以用于表征各种纳米结构材料，如纳米颗粒、纳米薄膜、纳米线等，能够获取它们的形貌、尺寸、形成机制、光学性质等关键信息。
同时，角分辨光谱测量系统具有高精度、高分辨率和非接触性等特点，可以实时监测纳米结构的演化过程，为纳米科技研究提供重要支持。
在二维纳米结构光学表征方面，角分辨光谱测量系统扮演着至关重要的角色。
二维纳米结构具有特殊的光学性质和应用潜力，例如石墨烯、二维过渡金属硫化物等。
利用角分辨光谱测量系统，可以对二维纳米结构的各种光学响应进行准确测量和研究，如吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等。
这为二维纳米结构的光学性质研究提供了可靠的手段，也为其在光电子器件和传感器等领域的应用提供了理论基础和技术支持。
综上所述，角分辨光谱测量系统是一种有效的二维纳米结构光学表征工具，具有广泛的应用前景。
它的出现和发展使得纳米结构的精确表征成为可能，为纳米科技领域的研究和应用带来了新的机遇和挑战。
上海光源真空紫外角分辨光电子能谱束线设计
上海光源真空紫外角分辨光电子能谱束线设计马德伟;乔山;张新夷;封东来【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2007(015)012【摘要】在上海光源上设计了一条光子能量覆盖5～140 eV的高通量、高分辨的真空紫外角分辨光电子能谱束线.本光束线采用准周期椭圆偏振波荡器光源,其周期长度为0.32 m,周期数为14.单色仪采用Dragon型,分为覆盖5～32 eV的低能分支和25～140 eV的高能分支.计算表明,当入射/出射狭缝开启宽度为5/5 μm时.在整个能量扫描范围内,单色仪分辨率可以高达15 000～100 000,光学元件的面型误差对分辨率的影响最大.通量计算显示,样品处s偏振光子通量高达～1012phs/s.Shadow追迹模拟结果表明,设计的光束线具有很好的聚焦特性.【总页数】6页(P1844-1849)【作者】马德伟;乔山;张新夷;封东来【作者单位】复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室,上海,200433;复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室,上海,200433;复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室,上海,200433;复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室,上海,200433【正文语种】中文【中图分类】O657.62;TH838.3【相关文献】1.真空紫外激光角分辨光电子能谱仪在中科院诞生 [J],2.世界首台超高能量分辨力真空紫外激光角分辨光电子能谱仪诞生 [J],3.高分辨率初始光电子能谱由真空紫外激光速度-射图像的方法 [J], 律洲;高蕻;徐运涛;杨磊;林周成;Yanice Benitez;伍灼耀4.国际第一台超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱仪研制成功 [J],5.上海光源(SSRF)输运线真空系统设计 [J], 张海鸥;王志山因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光等光源发射光谱的测量解析
激光等光源发射光谱的测量对于许多光源，如激光、灯源等，需要知道它们的光谱特性，测量光谱特性最方便的装置是光谱仪。
光谱仪即可以选择大型的扫描式光谱仪，也可以选择当前流行的微型光纤光谱仪（多通道）。
大型光谱仪具有波长分辨率高、波长范围宽的优点，基本可以满足大部分的应用。
微型光纤光谱仪则价格便宜，仅是大型光谱仪的零头；携带方便，也便于集成到其它设备；测量速度快，最快几毫秒既可以采集保存一组数据；操作方便；性能可靠、稳定，因为它对于许多光源，如激光、灯源等，需要知道它们的光谱特性，测量光谱特性最方便的装置是光谱仪。
光谱仪即可以选择大型的扫描式光谱仪，也可以选择当前流行的微型光纤光谱仪（多通道）。
大型光谱仪具有波长分辨率高、波长范围宽的优点，基本可以满足大部分的应用。
微型光纤光谱仪则价格便宜，仅是大型光谱仪的零头；携带方便，也便于集成到其它设备；测量速度快，最快几毫秒既可以采集保存一组数据；操作方便；性能可靠、稳定，因为它里面没有任何需要移动的部件。
在满足使用要求的前提下，微型光纤光谱仪是一种最佳的选择。
图1 典型激光发射光谱测量装置激光发射光谱测量图2是激光测量的实际装置不同的光源，需要测量的参数不一样。
对于激光，只要测它的谱线宽度即可，此时的装置可以采用如图1所示布置。
该装置主要由光谱仪和积分球组成。
入射激光由积分球接收，再经光纤传入光谱仪，激光线宽数据可以直接读出。
图2是激光测量的实际装置，图3是测得的实际光谱数据数据。
表1是该系统的具体配置清单：图3 用图1的装置测得的激光光谱数据表1激光发射光谱测量系统典型配置</tr>自然光、灯源等光谱测量图4 自然光、灯源等光谱测量对于自然光、灯源等光谱，往往由于光谱范围较宽，需要知道不同波段之间的相对光强或绝对光强。
测相对光强和绝对光强需要一个校准光源，它们的典型配置见图5，具体的配置清单见表2。
图5 典型自然光谱、灯源光谱测量装置表2自然光谱、灯源光谱测量系统典型配置。
ARM 显微光谱角度分辨
显微共焦角分辨光谱仪微纳光子结构研究领域的重大突破用于显微角分辨光谱测量全球第一套成熟商业化设备Eric Zhang[2012-10-10]2012a产品介绍微区角分辨光谱测量系统是复享的专利产品，它能够针对微小样品进行角度分辨光谱测量，是研究微纳光学结构、光子晶体纳米纤维的利器。
复享为您提供两种规格的配置，一种介于商用显微镜，另一种基于定制显微镜。
使用定制显微镜，可以达到更加宽泛的光谱范围该设备是目前在显微角分辨光谱测量领域唯一的成熟商业化设备。
显微共焦角分辨光谱仪（Microscope-based confocal angular-resolute spectrometer, MCAS）是一种先进的微纳光子学研究仪器。
它在荧光显微镜成像的基础上加装傅立叶变换角分辨扫描装置，结合成像光谱技术，采集微纳光子材料的角度分辨反射光谱、辐射光谱，获取光与材料的复杂相互作用信息。
复享显微共焦角分辨光谱仪基于显微平台，采用一体化紧凑设计，融入共焦模块，能够获得清晰的显微角分辨图谱，已经应用于多个国内一流科研院所，正逐步成为先进光子材料领域的重要测试手段。
图1.显微共焦角分辨光谱仪适用领域同时解决显微和角分辨的光谱测量需求，所有需要对微尺寸样品光谱角度特性经行研究的领域例如：●光子晶体（Photonic Crystals）、●光子特异材料（Meta-materials）、●表面等离子体激元（SPPs）●纳米纺丝材料●光栅开发设计和研究原理及构造图2，显微共焦角分辨光谱仪内部结构示意图显微共焦角分辨光谱仪（MCAS）的主要原理是利用傅立叶变换器件，将样品不同角度的发射光分解到不同空间位置，再通过空间扫描部件（SCAN），将样品各角度发射光采集至光谱分析仪，经过信号处理，在计算机上形成角度-光谱图像。
共焦是指在样品的角度辐射光谱经过傅立叶变换装置变换为空间分布光谱后，再经过针孔共焦器件，以滤除样品非焦平面上的杂散光和衍射光，增强采集图像的信噪比和角度分辨率。
角分辨光电能谱
角分辨光电能谱角分辨光电能谱（Angle-Resolved Photoemission Spectrosco py，简称ARPES）是一种非常重要的实验手段，用于研究固体材料的电子结构和性质。
在本文中，我们将介绍角分辨光电能谱的一些关键方面，包括光子能量分析、角分辨率定义、能谱分析技术、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、红外光电子能谱、拉曼光谱学、荧光光谱学和原子力显微镜等方面的内容。
一、光子能量分析在角分辨光电能谱实验中，光子能量是一个非常重要的参数。
光子能量决定了光电子的动能，从而影响光电子的发射角度和能量。
因此，精确测量和控制光子能量是实验成功的关键。
常用的方法是通过单色器或滤光片来选择特定波长的光子，从而控制光子的能量。
二、角分辨率定义角分辨率是角分辨光电能谱实验中的一个重要参数。
它表示实验能够区分不同角度的光电子的能力。
角分辨率越高，实验结果越精确。
在实验中，角分辨率通常由探测器的设计、实验装置的稳定性和测量系统的精度等因素决定。
三、能谱分析技术能谱分析是角分辨光电能谱实验的核心技术之一。
通过测量光电子的能量和发射角度，可以获得固体材料的电子结构和性质信息。
在实验中，能谱分析通常需要高灵敏度和高精度的探测器以及精确的测量系统。
常用的探测器包括电离室、多丝室和微通道板等。
四、X射线光电子能谱X射线光电子能谱是一种利用X射线激发光电子的实验方法。
X 射线具有高能量和高穿透能力，可以用于研究原子尺度的材料结构和性质。
在实验中，X射线光电子能谱通常需要高能量和高精度的X射线源和探测器，以获得高分辨率和高灵敏度的能谱数据。
五、紫外光电子能谱紫外光电子能谱是一种利用紫外光的实验方法。
紫外光具有较短的波长和较高的能量，可以用于研究较轻元素的价电子结构和性质。
在实验中，紫外光电子能谱通常需要高能量和高精度的紫外光源和探测器，以获得高分辨率和高灵敏度的能谱数据。
六、红外光电子能谱红外光电子能谱是一种利用红外光的实验方法。
角分辨光谱仪原理
角分辨光谱仪原理
角分辨光电子能谱仪（ARPES）是一种利用光电效应直接探测固体材料电子结构的技术。
当光照射到材料上时，材料中的电子可以吸收光子的能量。
当电子的动能克服了材料表面功函数的束缚时，电子会从材料中逃逸出来。
利用能谱仪收集这些电子，并根据其出射角度和能量，可以推断出材料内部的电子结构。
角分辨光电子能谱实验中，光电效应的矩阵元对信号强度有明显的调制，并提供了波函数的对称性信息。
现代ARPES 具有高能量和动量分辨率，使我们能够解析能带色散的重整化效应。
在大多数情况下，重整化的能带包含两种主要多体相互作用中的一种或两种，即电子-电子相互作用和电子-玻色子相互作用（如声子或磁性元激发等）。
通过这些仪器，研究人员做过许多的实验并取得了很多成果，如首次探测到一些铁基超导体的电子结构，超导能隙等相关信息。
发射光谱技术+激光诱导荧光光谱技术+时间分辨荧光
除辐射跃迁以外，处于激发态的分子可以通过非辐
射的弛豫过程返回基态。因此在荧光发射与非辐射的
弛豫过程之间存在着竞争，分子吸收光子之后不一定
Nf
A21
B12 N
B12 (1 )
B21
N 3 A23 k23
N 2 A31 k31 k32
25
Nf
A21
B12 N
N 2 A31 k31 k32
结论：荧光光子数与入射光强无关(饱和)。如果B12=B21，
则有
Nf
A21 N 2
37
（3） 镜象关系
荧光光谱和它的吸收光谱之间存在着镜象关系
38
蒽的苯溶液的吸收光谱（实线）和荧光光谱（虚线）
39
镜象关系来源： ① 基电子态中各振动能级的分布与第一电子态的各振动能级分 布相类似； ②基电子态的基振动态对与第一电子态的基振动态的0—0跃迁 激发波长，与第一电子态基振动能级对基电子态的基振动态的 0—0发射波长相距最小，而基电子态的基振动态对与第一电子 态的最高振动态的激发跃迁波长，与第一电子态基振动能级对 基电子态的最高振动态发射波长相距最大； ③ 按夫兰克-康登原理，能级跃迁过程非常迅速，分子中原子 核的振动速度相对较慢，能级间的跃迁是垂直发生的。一般情 况下两电子态间的0—2振动(基振动态到第二振动态)跃迁几率 最大，成为吸收的与发射的峰值。
图5-5 铊原子荧光检测的三能级模型
28
3 分子荧光光谱
分子荧光发射过程比较复杂：一个分子的激发态 包括它的电子态、振动态和转动态，假定电子激发态
的振动-转动能级(vk´，Jk´)被选择性激发，布居数密度
为Nk在平均寿命τ之内，分子要通过跃迁定则允许的
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高精度揭示固体材料电子结构和性质：ARPES实验
及其应用
角分辨光电发射光谱（Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy，ARPES）是一种表面科学和固体电子学中常用的实验技术，用于研究固体材料的电子结构和性质。
下面是ARPES实验的主要组成部分：
1.光源系统：ARPES实验需要使用高能量、单色性好的光源。
通常使用的是
高能激光器或同步辐射光源，能够产生能量可调的紫外或X射线。
2.真空系统：ARPES实验需要在高真空环境下进行，以减少空气对光电子的
散射和吸收。
通常使用机械泵和分子泵组成真空系统，以达到所需的真空度。
3.光学系统：ARPES实验需要使用聚焦和定向良好的光学系统。
通常使用的
是反射式高能量单色光束和聚焦透镜，以及准直仪和偏转器等光学元件来控制光的入射角和能量。
4.样品制备：ARPES实验需要使用表面平整、无污染的样品。
通常使用的方
法包括机械研磨、化学蚀刻和分子束外延等，以制备出所需的样品。
5.谱图解析：ARPES实验得到的数据是电子的动能和角度分布，需要经过谱
图解析才能得到电子的能量位置、强度和分布等信息。
通常使用拟合函数对谱图进行解析，以得到电子的动能、角度分布等信息。
6.数据分析：通过对解析得到的电子数据进行统计分析，可以得到材料的电
子结构、表面态密度、能带结构等信息。
通常使用专业软件进行数据处理和分析。
7.应用拓展：ARPES实验可以应用于各种固体材料的研究，包括金属、半导
体、绝缘体、超导体等。
通过对不同材料的电子结构进行研究，可以揭示材料的物理性质和化学性质，为新材料的设计和开发提供依据。
8.实验优化：为了提高ARPES实验的精度和效率，需要进行实验优化。
包括
对光源的调整和校准、对真空度的监测和控制、对光学系统的调整和校准、对样品的优化和选择等。
此外，还需要注意实验环境的稳定性和安全性，以保证实验的顺利进行。
总的来说，ARPES实验需要多个组成部分协同工作，每个部分都有其特定的功能和作用。
通过对实验各个组成部分的了解和控制，可以实现更准确、更有效的实验结果采集和分析。
这些数据不仅可以用来揭示固体材料的电子结构和性质，也可以用来指导新材料的设计和开发，推动科学技术的发展。