微型光纤光谱仪探测范围拓展至深紫外波段
摘要
通过将背照式薄型检测器引入微型光纤光谱仪，并辅助以真空及稀有气体保护等手段，减少水、氧气和其他气体对真空紫外波段光的吸收，经济又便利地将光谱探测范围拓展至深紫外波段（153nm）。
前言
各种材料都在真空紫外波段（尤其在30-200nm)有指纹光谱，随着对深紫外椭偏光度法关注度的提高，对基础原子物理，以及粒子加速器和同步辐射中深紫外辐射与物质作用等研究的深入，深紫外光谱的应用已遍及生物医药至半导体检测的各种领域。由于基于标准硅电荷耦合器件的检测器，其光谱响应在400nm附近迅速下降，而氧气和水在深紫外波段的吸收，也使得无法在真空外获得足够的深紫外信号，加之技术壁垒和瓶颈，价格也不具优势。因此，多数商业化的深紫外检测光谱仪需要定制，价格高昂，并且仪器体积庞大影响其在诸多常规检测中的应用。
为了解决这一难题，我们推出了新款maya2000 pro，其具有真空紫外探测能力。该款光谱仪以101.6mm焦距光具座，和紧凑的交叉式czerny-tuner光路设计，拥有背照式薄型ccd检测器，具备杰出的紫外/深紫外检测性能。光谱仪的光具座内用氮气吹洗，有效降低了光路内部的信号衰减，在深紫外实验中，其稳定饱满光谱信号的获取范围可拓展至153nm。
实验部分:
实验中用于检测性能的maya2000pro配置了高分辨，紫外增强的全息光栅（h7,2400g/mm），狭缝宽25um，可实现光学分辨率~0.10nm(fwhm)。背照式薄型检测器的特点为量子效率峰值高达75%，uv量子效率高达50%。为改善深紫外光波的透过性，检测器上方安装了定制的氟化镁玻璃窗口。外部光源采用dh-2000氘灯-卤钨灯复合光源可在单一光路中稳定输出190到1700nm的连续光谱。
被测样品是深紫外氘灯，配有深紫外级光学窗口，直接与光谱仪相连接。
实验中被测光源和光谱仪均密封在手套箱中，向箱内充入标准实验室级氮气，光谱仪的光具座也同样充入氮气，以减小内部光路的信号衰减。箱内聚酯气球充气膨胀用于加速排空空气。
图1. 实验设备：手套箱中为dh2000和maya2000 pro。
图2. a随着气球被氮气充满，氧气被排挤出手套箱；b气球放出氮气；c neofox氧气传感器探入手套箱验证氧气浓度级别。
排净空气后，聚酯气球放气将氮气不断充入手套箱，过量的氮气通过箱右侧半充满水管排出腔体。同样将neofox氧气传感器探入，检测手套箱内的氧气级别。（见图3）
图3 neofox 软件界面截图，表明氮气清洗中的氧气浓度下降。
结论
检测系统光谱分辨率为0.1nm，信躁比为450：1，积分时间为100ms。
标准氮气净化（无氧气）和未净化（含氧气）的图谱见图4。未净化图谱中可观察到氧气的发射峰。吸收发射峰尖锐明晰，开始于短波段的182.85nm。同样可以通过标准氮气净化（无氧气）和未净化（含氧气）图谱数据的比较，表明schumann-runge带，即氧气的吸收带，在176-192.6nm。
图4 深紫外氘灯的发射图谱表现出明显的谱峰，标准净化与未净化图谱比较表明schumann-runge带的存在。
图5 在另一不同的实验中得到的深紫外发射源的图谱，谱峰明显，信噪比性能优异，光学分辨率达到0.1nm（fwhm）。
小结
具有超深紫外探测功能的maya2000 pro在实验中检测限可低至182.85nm，根据测试系统的配置，该款光谱仪可应用于深紫外波段（153nm）的实验。见图5。
这一结果表明maya2000pro的经济实用的革新设计深紫外应用中具有极大优势。
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